平面磁绝缘线振荡器的设计与模拟研究

发布时间：2017-09-26 08:11

  本文关键词：平面磁绝缘线振荡器的设计与模拟研究

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【摘要】：针对当前高功率微波(High-Power Microwave, HPM)中的热点器件——磁绝缘线振荡器(MILO)频率低、效率低等问题,提出了一种可以沿X方向平面展开的平面MILO。这种器件也是一种正交场HPM器件,通过一个低外加磁场来代替常规MILO中的磁绝缘电流,辅助实现器件的磁绝缘,从而实现器件效率的提高。结合PIC模拟,建立一个外加低磁场的C波段平面MILO,并根据其慢波结构(平面折绉表面)特点给出相应的色散曲线,确定微波器件工作点,利用2.5维全电磁粒子模拟软件对其进行数值模拟,同时,论文还讨论了今后实验时可能面临的问题及拟解决方法。本论文的主要研究内容包括以下几个方面：从HPM的发展入手,概述了MILO的历史和国内外MILO的研究现状与研究方法,阐述了平面MILO的研究意义。通过对常规MILO的研究方法和作用机理的研究,分析了MILO在较高频段工作时功率容量不够导致的阴阳极击穿和输出效率低等问题。根据常规MILO的模型,将其慢波结构平面展开为平面折皱表面,即将圆柱腔体平面展开为矩形腔体,扩展了腔内空间,提高了功率容量,尤其适合在高频工作。同时采用外加磁场来代替常规MILO中的磁绝缘电流,更好的利用了输出电功率,提高了整管效率。结合PIC模拟,建立一个可外加低磁场的C波段平面MILO:并根据其慢波结构(平面折绉表面)特点给出相应的色散曲线,确定微波器件工作点。利用2.5维全电磁粒子模拟软件对平面MILO进行数值模拟,通过优化外加磁场等手段,在输入为4.0 GW电功率(工作电压约800kV)的条件下,模拟得到频率为6.56 GHz,输出功率为1.22 GW,功率效率约30%的微波输出。
【关键词】：磁绝缘线振荡器 HPM 色散特性 粒子模拟
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN752
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 HPM源简介11-17
• 1.1.1 HPM的定义11-12
• 1.1.2 HPM的发展简史12-13
• 1.1.3 HPM源的研究现状13-15
• 1.1.4 HPM技术的相关专业15
• 1.1.5 HPM的应用前景15-17
• 1.2 磁绝缘线振荡器17-27
• 1.2.1 MILO研究的历史与现状17-26
• 1.2.2 MILO研究的方法26-27
• 1.3 课题的研究内容及重要意义27-29
• 1.3.1 课题研究的意义27-28
• 1.3.2 课题研究的主要内容28
• 1.3.3 论文的创新性28-29
• 第二章 磁绝缘线振荡器的理论研究29-37
• 2.1 正交场的基本作用原理29-33
• 2.1.1 无限大电极正交场中的电子运动29-31
• 2.1.2 行波场对电子的作用31-33
• 2.2 慢波结构与MILO的工作原理33-37
• 2.2.1 慢波结构33-34
• 2.2.2 MILO的束波同步条件34
• 2.2.3 MILO的工作原理34-37
• 第三章 平面MILO的结构设计37-44
• 3.1 平面MILO的理论模型及色散特性37-42
• 3.1.1 理论模型37-38
• 3.1.2 色散特性研究38-42
• 3.2 结构设计42-44
• 3.2.1 基本结构42
• 3.2.2 工作原理42-44
• 第四章 平面MILO的模拟优化44-49
• 4.1 粒子模拟44-46
• 4.1.1 粒子轨迹分析44-45
• 4.1.2 模拟优化45-46
• 4.2 典型模拟结果46-49
• 第五章 总结与展望49-50
• 5.1 主要工作及结果49
• 5.2 今后工作展望49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-56

【参考文献】

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本文编号：922419