Ka波段高功率同轴渡越时间振荡器的研究
发布时间：2021-02-03 13:01
Ka波段微波技术在卫星通信、雷达、等离子体诊断、受控热核聚变、医疗卫生等领域具有较大的应用前景,同时,研究Ka波段的高功率微波器件符合高功率微波器件向更高功率、更高频率发展的趋势,因此开展Ka波段高功率微波技术的研究具有重要的研究意义。传统Ka波段高功率微波源存在以下几个问题:1、电子束的通道较窄,电子束需要被束缚在更小的范围内,因此器件所需的导引磁场一般比较高。2、单模器件尺寸小,因此功率容量比较小。3、过模器件尺寸大,内部往往存在模式竞争,并且所需励磁系统庞大。同轴渡越时间振荡器可有效避免上述问题,依据如下:1、同轴结构的内导体产生的感应电流,削弱了电子束的空间电荷效应,可以允许器件工作在低导引磁场下。2、采用同轴结构,可以通过同时增加内外导体的径向尺寸,在保持工作特性不变的情况下,提高器件的功率容量。3、同轴渡越时间振荡器具有工作模式单一、稳定的优势。4、基于渡越辐射机制的器件还具有功率高、效率高等优点。基于此,课题致力于通过研究Ka波段同轴渡越时间振荡器,实现一种兼顾低导引磁场、高功率、高效率、工作模式单一的Ka波段高功率微波源。论文的主要研究内容如下:开展了关于Ka波段同轴渡...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 Ka波段微波及微波源的特点
1.1.1 高功率微波源简介
1.1.2 Ka波段微波的特点及应用需求
1.1.3 Ka波段高功率微波源的发展现状
1.2 渡越时间振荡器发展概况
1.3 课题的选题依据和研究内容
第二章 Ka波段同轴渡越时间振荡器的理论分析
2.1 同轴结构的空间极限电流
2.2 微波模式的激励
2.2.1 群聚腔内本征模式的激励
2.2.2 三间隙与四间隙群聚腔的比较
2.3 群聚腔与提取腔间的耦合机理
2.4 小结
第三章 Ka波段同轴渡越时间振荡器的粒子模拟研究
3.1 基本模型和物理图像
3.2 反射器的设计与作用
3.3 收集极的设计与作用
3.4 影响器件性能的主要参数
3.4.1 高频结构参数
3.4.2 电参数
3.4.3 导引磁场
3.5 提高器件功率容量
3.5.1 增加径向尺寸
3.5.2 尖端倒角
3.5.3 增加径向尺寸结合尖端倒角
3.6 微波模式的单一性
3.6.1 Torch-01 典型电压波形注入
3.6.2 前端抖动后端平坦电压波形注入
3.6.3 微波模式改变的条件
3.7 轻小型化设计
3.7.1 新型聚焦阴极
3.7.2 永磁设计
3.8 小结
第四章 Ka波段同轴渡越时间振荡器的工程设计
4.1 磁场线圈
4.2 支撑杆
4.3 传输及辐射系统
4.4 欧姆损耗的影响
4.5 工程化结构
4.6 小结
第五章 Ka波段同轴渡越时间振荡器的实验研究
5.1 实验系统搭建及准备工作
5.1.1 实验方案及系统简介
5.1.2 对导引磁场的测试
5.1.3 微波测量元件的标定
5.2 初步实验
5.2.1 强流相对论电子束的产生与传输
5.2.2 微波频率的测量
5.2.3 微波的近场测量
5.2.4 微波功率的测量
5.3 改进实验方案的设计
5.3.1 三维粒子仿真监测
5.3.2 支撑杆改进
5.3.3 二极管结构改进
5.4 改进实验研究
5.4.1 典型实验结果
5.5 小结
第六章 频率可调谐的渡越时间振荡器的拓展研究
6.1 L波段频率可调谐的渡越时间振荡器
6.1.1 有间隙的内导体
6.1.2 光滑的内导体
6.1.3 无内导体
6.2 模式转换器的设计
6.3 Ka波段频率可调谐的同轴渡越时间振荡器
6.4 小结
第七章 总结与展望
7.1 主要工作与结果
7.2 主要创新点
7.3 后续工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]A tunable magnetically insulated transmission line oscillator[J]. 樊玉伟,王晓玉,赫亮,钟辉煌,张建德. Chinese Physics B. 2015(03)
[2]冲击波诱导Nd2Fe14B磁相变的理论计算研究[J]. 鲁峰,陈朗,冯长根. 物理学报. 2014(16)
[3]低磁场过模慢波结构型高功率毫米波发生器的改进[J]. 朱俊,舒挺,张军,张泽海,樊玉伟,高景明,李国林,周生岳,许流荣. 强激光与粒子束. 2011(11)
[4]新型径向边加载渡越时间振荡器[J]. 臧杰锋,刘庆想,林远超,丁艳峰,王彬蓉. 强激光与粒子束. 2009(12)
[5]径向三腔渡越时间振荡器数值模拟[J]. 臧杰锋,刘庆想,朱静,林远超. 强激光与粒子束. 2008(03)
[6]C波段新型渡越管模拟研究[J]. 王晓东,范植开,张运俭,罗雄,郭焱华. 强激光与粒子束. 2007(08)
[7]强流相对论环形电子束在低磁场中传输分析[J]. 杨建华,张亚洲,舒挺,张建德,王勇. 强激光与粒子束. 2005(03)
[8]微波源中同轴提取区支撑杆的理论分析与设计[J]. 张晓萍,钟辉煌,袁成卫. 微波学报. 2004(02)
[9]X波段渡越管振荡器的粒子模拟和优化设计[J]. 何琥,刘庆想. 强激光与粒子束. 2004(03)
[10]X波段渡越管振荡器的实验研究[J]. 马乔生,刘庆想,苏昶,范植开,常安碧,胡海鹰. 高能物理与核物理. 2003(06)
博士论文
[1]Ku波段径向线相对论速调管研究[D]. 党方超.国防科技大学 2017
[2]长脉冲磁绝缘同轴二极管阴极等离子体特性研究[D]. 朱丹妮.国防科技大学 2017
[3]Ku波段磁绝缘线振荡器研究[D]. 江涛.国防科学技术大学 2016
[4]Ku波段低磁场同轴渡越时间振荡器的研究[D]. 令钧溥.国防科学技术大学 2014
[5]Ku波段低导引磁场过模Cerenkov型高功率微波振荡器研究[D]. 张华.国防科学技术大学 2014
[6]基于渡越辐射新型高功率微波源的研究[D]. 曹亦兵.国防科学技术大学 2012
[7]低磁场准单模Cerenkov型高功率毫米波器件研究[D]. 朱俊.国防科学技术大学 2011
[8]新型渡越时间振荡器的研究[D]. 贺军涛.国防科学技术大学 2004
[9]新型磁绝缘线振荡器的研究[D]. 张晓萍.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]低阻无箔渡越辐射振荡器的研究[D]. 曹亦兵.国防科学技术大学 2008
本文编号：3016543
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 Ka波段微波及微波源的特点
1.1.1 高功率微波源简介
1.1.2 Ka波段微波的特点及应用需求
1.1.3 Ka波段高功率微波源的发展现状
1.2 渡越时间振荡器发展概况
1.3 课题的选题依据和研究内容
第二章 Ka波段同轴渡越时间振荡器的理论分析
2.1 同轴结构的空间极限电流
2.2 微波模式的激励
2.2.1 群聚腔内本征模式的激励
2.2.2 三间隙与四间隙群聚腔的比较
2.3 群聚腔与提取腔间的耦合机理
2.4 小结
第三章 Ka波段同轴渡越时间振荡器的粒子模拟研究
3.1 基本模型和物理图像
3.2 反射器的设计与作用
3.3 收集极的设计与作用
3.4 影响器件性能的主要参数
3.4.1 高频结构参数
3.4.2 电参数
3.4.3 导引磁场
3.5 提高器件功率容量
3.5.1 增加径向尺寸
3.5.2 尖端倒角
3.5.3 增加径向尺寸结合尖端倒角
3.6 微波模式的单一性
3.6.1 Torch-01 典型电压波形注入
3.6.2 前端抖动后端平坦电压波形注入
3.6.3 微波模式改变的条件
3.7 轻小型化设计
3.7.1 新型聚焦阴极
3.7.2 永磁设计
3.8 小结
第四章 Ka波段同轴渡越时间振荡器的工程设计
4.1 磁场线圈
4.2 支撑杆
4.3 传输及辐射系统
4.4 欧姆损耗的影响
4.5 工程化结构
4.6 小结
第五章 Ka波段同轴渡越时间振荡器的实验研究
5.1 实验系统搭建及准备工作
5.1.1 实验方案及系统简介
5.1.2 对导引磁场的测试
5.1.3 微波测量元件的标定
5.2 初步实验
5.2.1 强流相对论电子束的产生与传输
5.2.2 微波频率的测量
5.2.3 微波的近场测量
5.2.4 微波功率的测量
5.3 改进实验方案的设计
5.3.1 三维粒子仿真监测
5.3.2 支撑杆改进
5.3.3 二极管结构改进
5.4 改进实验研究
5.4.1 典型实验结果
5.5 小结
第六章 频率可调谐的渡越时间振荡器的拓展研究
6.1 L波段频率可调谐的渡越时间振荡器
6.1.1 有间隙的内导体
6.1.2 光滑的内导体
6.1.3 无内导体
6.2 模式转换器的设计
6.3 Ka波段频率可调谐的同轴渡越时间振荡器
6.4 小结
第七章 总结与展望
7.1 主要工作与结果
7.2 主要创新点
7.3 后续工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]A tunable magnetically insulated transmission line oscillator[J]. 樊玉伟,王晓玉,赫亮,钟辉煌,张建德. Chinese Physics B. 2015(03)
[2]冲击波诱导Nd2Fe14B磁相变的理论计算研究[J]. 鲁峰,陈朗,冯长根. 物理学报. 2014(16)
[3]低磁场过模慢波结构型高功率毫米波发生器的改进[J]. 朱俊,舒挺,张军,张泽海,樊玉伟,高景明,李国林,周生岳,许流荣. 强激光与粒子束. 2011(11)
[4]新型径向边加载渡越时间振荡器[J]. 臧杰锋,刘庆想,林远超,丁艳峰,王彬蓉. 强激光与粒子束. 2009(12)
[5]径向三腔渡越时间振荡器数值模拟[J]. 臧杰锋,刘庆想,朱静,林远超. 强激光与粒子束. 2008(03)
[6]C波段新型渡越管模拟研究[J]. 王晓东,范植开,张运俭,罗雄,郭焱华. 强激光与粒子束. 2007(08)
[7]强流相对论环形电子束在低磁场中传输分析[J]. 杨建华,张亚洲,舒挺,张建德,王勇. 强激光与粒子束. 2005(03)
[8]微波源中同轴提取区支撑杆的理论分析与设计[J]. 张晓萍,钟辉煌,袁成卫. 微波学报. 2004(02)
[9]X波段渡越管振荡器的粒子模拟和优化设计[J]. 何琥,刘庆想. 强激光与粒子束. 2004(03)
[10]X波段渡越管振荡器的实验研究[J]. 马乔生,刘庆想,苏昶,范植开,常安碧,胡海鹰. 高能物理与核物理. 2003(06)
博士论文
[1]Ku波段径向线相对论速调管研究[D]. 党方超.国防科技大学 2017
[2]长脉冲磁绝缘同轴二极管阴极等离子体特性研究[D]. 朱丹妮.国防科技大学 2017
[3]Ku波段磁绝缘线振荡器研究[D]. 江涛.国防科学技术大学 2016
[4]Ku波段低磁场同轴渡越时间振荡器的研究[D]. 令钧溥.国防科学技术大学 2014
[5]Ku波段低导引磁场过模Cerenkov型高功率微波振荡器研究[D]. 张华.国防科学技术大学 2014
[6]基于渡越辐射新型高功率微波源的研究[D]. 曹亦兵.国防科学技术大学 2012
[7]低磁场准单模Cerenkov型高功率毫米波器件研究[D]. 朱俊.国防科学技术大学 2011
[8]新型渡越时间振荡器的研究[D]. 贺军涛.国防科学技术大学 2004
[9]新型磁绝缘线振荡器的研究[D]. 张晓萍.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]低阻无箔渡越辐射振荡器的研究[D]. 曹亦兵.国防科学技术大学 2008
本文编号：3016543
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