电子科学与技术专业毕业论文电子科学与技术专业毕业论文 精品论文精品论文 等离子体填充等离子体填充 S S 波段波段耦合腔行波管大信号分析耦合腔行波管大信号分析关键词：等离子体关键词：等离子体 S S 波段耦合腔波段耦合腔 空间电荷场空间电荷场 大信号大信号 行波管行波管摘要：行波管是一种高增益、宽频带、高效率、大功率的微波功率放大器件， 广泛应用于通信、雷达、电子对抗等现代军事电子装备中。研究表明，在微波 器件中填充背景等离子体后，其性能将得到显著改善。在同样的输入条件下， 带宽、互作用效率、功率和增益都有显著增加，并且可以降低或省去外部聚焦 磁场。 本文对一只等离子体填充的 S 波段耦合腔行波管注-波互作用大信号 特性进行了分析讨论。 一、讨论了等离子体-腔混合模的形成以及“冷”带 宽和“热”带宽的展宽效应。在等离子体填充的耦合腔行波管中，当填充的等 离子体密度达到或超过一定值后，腔模和周期不均匀波导的等离子体模相互重 叠而耦合出等离子体-腔混合模式。工作在等离子体-腔混合模式下的耦合腔行 波管，工作特性大大优于真空时的情况，且可以调整某一电子注参量，使其空 间电荷波的曲线与某一混合模式的相切部分变大，而不仅仅是相交于一点，因 而大大改善了其热带宽效应；同时工作于混合模式时，其耦合阻抗比真空时提 高了 35 倍，因此在填充等离子体后，耦合腔链的慢波特性得到了显著的改善。二、用模式展开的方法分析了等离子体-腔混合模耦合腔行波管的非线性注- 波互作用过程，导出了其考虑相对论效应的非线性注-波互作用的自洽工作方程 组。包括：激发方程、运动方程、电子流复振幅方程。此方程组即为研究注波 互作用非线性特性的基本方程组。 三、用分离变量法推导了真空和磁化等离 子体填充盘荷波导的空间电荷场的静电位方程，并借鉴田炳耕的荷电圆盘模型， 用格林函数法求解出空间电荷场。由于等离子体各向异性的性质，它满足普遍 的静电位方程，文中给出了此普遍静电位方程的详细解法。研究发现电子通道 填充背景等离子体后，其空间电荷场与真空中有本质差别，真空中的空间电荷 场呈指数衰减趋势，而填充背景等离子体的空间电荷场具有相反的结果。 四、 四采用四阶 Runge-Kutta 算法，用 MATLAB 编程实现了其大信号特性的仿真。在 填充等离子体后效率达到 35以上，比真空中耦合腔行波管的效率有很大的提 高。同时比较分析了真空中和等离子体填充时空间电荷场对饱和位置、效率、 功率、增益的影响。发现等离子体填充时考虑了空间电荷场时效率增加而且饱 和位置提前；而在真空中考虑空间电荷场比不考虑空间电荷场时的饱和位置推 后，饱和值下降。两个现象正好相反是一个本质差别。最后分析了输入功率和 等离子体密度对注-波互作用大信号特性的影响。结果表明，输入功率对输出功 率的影响不大而等离子体密度增加则效率增加，但到一定值后再继续增加密度 输出效率反而降低。这是因为随着 p 增加，2 阶混合模式和 3 阶混合模式重 叠的频率范围逐渐加大，稳定工作区变窄，在输入频率不变的情况下远离了最 佳注波同步条件因而效率反而降低。正文内容正文内容行波管是一种高增益、宽频带、高效率、大功率的微波功率放大器件，广 泛应用于通信、雷达、电子对抗等现代军事电子装备中。研究表明，在微波器 件中填充背景等离子体后，其性能将得到显著改善。在同样的输入条件下，带 宽、互作用效率、功率和增益都有显著增加，并且可以降低或省去外部聚焦磁 场。 本文对一只等离子体填充的 S 波段耦合腔行波管注-波互作用大信号特 性进行了分析讨论。 一、讨论了等离子体-腔混合模的形成以及“冷”带宽 和“热”带宽的展宽效应。在等离子体填充的耦合腔行波管中，当填充的等离 子体密度达到或超过一定值后，腔模和周期不均匀波导的等离子体模相互重叠 而耦合出等离子体-腔混合模式。工作在等离子体-腔混合模式下的耦合腔行波 管，工作特性大大优于真空时的情况，且可以调整某一电子注参量，使其空间 电荷波的曲线与某一混合模式的相切部分变大，而不仅仅是相交于一点，因而 大大改善了其热带宽效应；同时工作于混合模式时，其耦合阻抗比真空时提高 了 35 倍，因此在填充等离子体后，耦合腔链的慢波特性得到了显著的改善。 二、用模式展开的方法分析了等离子体-腔混合模耦合腔行波管的非线性注-波 互作用过程，导出了其考虑相对论效应的非线性注-波互作用的自洽工作方程组。 包括：激发方程、运动方程、电子流复振幅方程。此方程组即为研究注波互作 用非线性特性的基本方程组。 三、用分离变量法推导了真空和磁化等离子体 填充盘荷波导的空间电荷场的静电位方程，并借鉴田炳耕的荷电圆盘模型，用 格林函数法求解出空间电荷场。由于等离子体各向异性的性质，它满足普遍的 静电位方程，文中给出了此普遍静电位方程的详细解法。研究发现电子通道填 充背景等离子体后，其空间电荷场与真空中有本质差别，真空中的空间电荷场 呈指数衰减趋势，而填充背景等离子体的空间电荷场具有相反的结果。 四、 四采用四阶 Runge-Kutta 算法，用 MATLAB 编程实现了其大信号特性的仿真。在 填充等离子体后效率达到 35以上，比真空中耦合腔行波管的效率有很大的提 高。同时比较分析了真空中和等离子体填充时空间电荷场对饱和位置、效率、 功率、增益的影响。发现等离子体填充时考虑了空间电荷场时效率增加而且饱 和位置提前；而在真空中考虑空间电荷场比不考虑空间电荷场时的饱和位置推 后，饱和值下降。两个现象正好相反是一个本质差别。最后分析了输入功率和 等离子体密度对注-波互作用大信号特性的影响。结果表明，输入功率对输出功 率的影响不大而等离子体密度增加则效率增加，但到一定值后再继续增加密度 输出效率反而降低。这是因为随着 p 增加，2 阶混合模式和 3 阶混合模式重 叠的频率范围逐渐加大，稳定工作区变窄，在输入频率不变的情况下远离了最 佳注波同步条件因而效率反而降低。 行波管是一种高增益、宽频带、高效率、大功率的微波功率放大器件，广泛应 用于通信、雷达、电子对抗等现代军事电子装备中。研究表明，在微波器件中 填充背景等离子体后，其性能将得到显著改善。在同样的输入条件下，带宽、 互作用效率、功率和增益都有显著增加，并且可以降低或省去外部聚焦磁场。 本文对一只等离子体填充的 S 波段耦合腔行波管注-波互作用大信号特性进行了 分析讨论。 一、讨论了等离子体-腔混合模的形成以及“冷”带宽和“热” 带宽的展宽效应。在等离子体填充的耦合腔行波管中，当填充的等离子体密度 达到或超过一定值后，腔模和周期不均匀波导的等离子体模相互重叠而耦合出 等离子体-腔混合模式。工作在等离子体-腔混合模式下的耦合腔行波管，工作特性大大优于真空时的情况，且可以调整某一电子注参量，使其空间电荷波的 曲线与某一混合模式的相切部分变大，而不仅仅是相交于一点，因而大大改善 了其热带宽效应；同时工作于混合模式时，其耦合阻抗比真空时提高了 35 倍， 因此在填充等离子体后，耦合腔链的慢波特性得到了显著的改善。 二、用模 式展开的方法分析了等离子体-腔混合模耦合腔行波管的非线性注-波互作用过 程，导出了其考虑相对论效应的非线性注-波互作用的自洽工作方程组。包括： 激发方程、运动方程、电子流复振幅方程。此方程组即为研究注波互作用非线 性特性的基本方程组。 三、用分离变量法推导了真空和磁化等离子体填充盘 荷波导的空间电荷场的静电位方程，并借鉴田炳耕的荷电圆盘模型，用格林函 数法求解出空间电荷场。由于等离子体各向异性的性质，它满足普遍的静电位 方程，文中给出了此普遍静电位方程的详细解法。研究发现电子通道填充背景 等离子体后，其空间电荷场与真空中有本质差别，真空中的空间电荷场呈指数 衰减趋势，而填充背景等离子体的空间电荷场具有相反的结果。 四、四采用 四阶 Runge-Kutta 算法，用 MATLAB 编程实现了其大信号特性的仿真。在填充等 离子体后效率达到 35以上，比真空中耦合腔行波管的效率有很大的提高。同 时比较分析了真空中和等离子体填充时空间电荷场对饱和位置、效率、功率、 增益的影响。发现等离子体填充时考虑了空间电荷场时效率增加而且饱和位置 提前；而在真空中考虑空间电荷场比不考虑空间电荷场时的饱和位置推后，饱 和值下降。两个现象正好相反是一个本质差别。最后分析了输入功率和等离子 体密度对注-波互作用大信号特性的影响。结果表明，输入功率对输出功率的影 响不大而等离子体密度增加则效率增加，但到一定值后再继续增加密度输出效 率反而降低。这是因为随着 p 增加，2 阶混合模式和 3 阶混合模式重叠的频 率范围逐渐加大，稳定工作区变窄，在输入频率不变的情况下远离了最佳注波 同步条件因而效率反而降低。 行波管是一种高增益、宽频带、高效率、大功率的微波功率放大器件，广泛应 用于通信、雷达、电子对抗等现代军事电子装备中。研究表明，在微波器件中 填充背景等离子体后，其性能将得到显著改善。在同样的输入条件下，带宽、 互作用效率、功率和增益都有显著增加，并且可以降低或省去外部聚焦磁场。 本文对一只等离子体填充的 S 波段耦合腔行波管注-波互作用大信号特性进行了 分析讨论。 一、讨论了等离子体-腔混合模的形成以及“冷”带宽和“热” 带宽的展宽效应。在等离子体填充的耦合腔行波管中，当填充的等离子体密度 达到或超过一定值后，腔模和周期不均匀波导的等离子体模相互重叠而耦合出 等离子体-腔混合模式。工作在等离子体-腔混合模式下的耦合腔行波管，工作 特性大大优于真空时的情况，且可以调整某一电子注参量，使其空间电荷波的 曲线与某一混合模式的相切部分变大，而不仅仅是相交于一点，因而大大改善 了其热带宽效应；同时工作于混合模式时，其耦合阻抗比真空时提高了 35 倍， 因此在填充等离子体后，耦合腔链的慢波特性得到了显著的改善。 二、用模 式展开的方法分析了等离子体-腔混合模耦合腔行波管的非线性注-波互作用过 程，导出了其考虑相对论效应的非线性注-波互作用的自洽工作方程组。包括： 激发方程、运动方程、电子流复振幅方程。此方程组即为研究注波互作用非线 性特性的基本方程组。 三、用分离变量法推导了真空和磁化等离子体填充盘 荷波导的空间电荷场的静电位方程，并借鉴田炳耕的荷电圆盘模型，用格林函 数法求解出空间电荷场。由于等离子体各向异性的性质，它满足普遍的静电位 方程，文中给出了此普遍静电位方程的详细解法。研究发现电子通道填充背景等离子体后，其空间电荷场与真空中有本质差别，真空中的空间电荷场呈指数 衰减趋势，而填充背景等离子体的空间电荷场具有相反的结果。 四、四采用 四阶 Runge-Kutta 算法，用 MATLAB 编程实现了其大信号特性的仿真。在填充等 离子体后效率达到 35以上，比真空中耦合腔行波管的效率有很大的提高。同 时比较分析了真空中和等离子体填充时空间电荷场对饱和位置、效率、功率、 增益的影响。发现等离子体填充时考虑了空间电荷场时效率增加而且饱和位置 提前；而在真空中考虑空间电荷场比不考虑空间电荷场时的饱和位置推后，饱 和值下降。两个现象正好相反是一个本质差别。最后分析了输入功率和等离子 体密度对注-波互作用大信号特性的影响。结果表明，输入功率对输出功率的影 响不大而等离子体密度增加则效率增加，但到一定值后再继续增加密度输出效 率反而降低。这是因为随着 p 增加，2 阶混合模式和 3 阶混合模式重叠的频 率范围逐渐加大，稳定工作区变窄，在输入频率不变的情况下远离了最佳注波 同步条件因而效率反而降低。 行波管是一种高增益、宽频带、高效率、大功率的微波功率放大器件，广泛应 用于通信、雷达、电子对抗等现代军事电子装备中。研究表明，在微波器件中 填充背景等离子体后，其性能将得到显著改善。在同样的输入条件下，带宽、 互作用效率、功率和增益都有显著增加，并且可以降低或省去外部聚焦磁场。 本文