應用于真空電子管的矩形柵慢波結構冷特性的數(shù)值模擬.pdf

1、真空電子管作為大功率和高頻率韻電子器件，在雷達、電子對抗和通信等方面獲得了廣泛的應用。行波管是真空電子管的一大家族，慢波結構是行波管的重要組成部分之一，是傳輸電磁波并使電磁波與電子注發(fā)生相互作用的部件。慢波結構有螺旋線、耦合腔、梯形線、折疊波導、矩形柵等多種結構形式。隨著雷達和通信系統(tǒng)工作頻率的提高，微細加工技術的發(fā)展為微波管的小型化和微型化提供了廣闊的前景。矩形柵慢波結構是一種全金屬全封閉的慢波結構，這種慢波結構制造工藝相對簡單、成本

2、低，適合大規(guī)模生產，對于實際應用具有重要的意義。 隨著計算機軟件技術的發(fā)展和計算機速度的提升，計算機模擬仿真技術在微波管設計中得到廣泛的應用，世界上許多國家都積極發(fā)展計算機輔助設計技術，利用電子計算機來精確模擬微波管中電子與高頻場的相互作用，與必要的實驗相結合，可節(jié)省大量的設計時間，縮短研發(fā)周期。本文文采用理論分析與計算機模擬相結合的方法，研究了矩形柵慢波結構的色散和耦合阻抗，以及折疊波導慢波結構損耗特性。 1.根據改進

3、的單模近似理論，研究了應用于微波管的矩形柵慢波結構的工作原理及電磁波在其中傳播的特性，如色散特性和耦合阻抗等，分析總結出相關的理論公式。論文系統(tǒng)總結了折疊波導慢波結構色散和耦合阻抗的理論公式，以及其衰減特性的近似理論公式。 2.利用大型電磁場軟件MAFIA和MWS對雙面矩形柵慢波結構的特性進行模擬，利用周期性邊界條件對單個周期進行研究，分析其場分布特性，計算了單個周期相移與諧振頻率的關系，利用MATLAB編制程序并繪出色散特性的

4、模擬曲線。通過曲線可以看出，雙面矩形柵慢波結構對電磁波相速的降低作用并不很強，慢波比v/c的數(shù)值在0.5以上。 3.探討了用MAFIA計算雙面矩形柵慢波結構耦合阻抗的方法，利用MATLAB編制程序并繪出了耦合阻抗曲線。通過曲線可以看出，雙面矩形柵慢波結構在頻率為112-124GHz之間的耦合阻抗數(shù)值為0-40Ω。分析了雙面矩形柵慢波結構的柵高度、周期長度、柵間距以及單葉面到z軸的距離對其色散特性和耦合阻抗的影響，上下葉面錯位對色

5、散及耦合阻抗的影響。結果表明：增大槽深和周期長度，系統(tǒng)通帶變窄，耦合阻抗增大；周期長度不變，改變柵間距對冷特性影響不大；增大葉面間距，系統(tǒng)通帶變寬，耦合阻抗減??；上下葉面沿軸有半個周期的錯位時，系統(tǒng)的冷特性基本不變。對折疊波導慢波結構的損耗特性進行了近似理論分析，數(shù)值計算了折疊波導慢波結構中心工作頻率附近不同頻率點的功率損耗值，得到的結果與理論分析一致。分析了折疊波導慢波結構波導窄邊尺寸及制管材料對其損耗的影響。結果表明：隨著金屬電導率