S波段旭日型可调谐的相对论磁控管三维数值模拟研究

摘要

相对论磁控管是作为高功率微波源在许多领域都有广泛的应用前景。由于旭日型可调谐的相对论磁控管具有频率可调谐、模式隔离度好和输出功率高等许多优点，有很好的研究前景和科研价值，有望在以后的高功率微波源中有更多应用。
　　首先，对相对论磁控管的霍尔截止条件和哈垂同步条件进行了分析，对A6型相对论磁控管和旭日型相对论磁控管的工作区进行了对比，确定10腔旭日型结构比传统的A6结构拥有更宽的工作区间。
　　其次，通过使用CHIPIC软件和国外先进粒子模拟软件模拟10腔旭日型相对论磁控管进行对比和对CHIPIC软件模拟结果与实验结果对比，证明CHIPIC软件在模拟相对论磁控管是可行的。
　　再次，模拟计算旭日型相对论磁控管结构参数和工作电参数对其工作模式振荡、输出功率，输出效率和调谐带宽的影响。模拟结果显示：（1）阴极半径跟旭日型相对论磁控管的输出功率和效率密切相关，合适的阴极半径能够提高输出功率和效率；（2）阴极长度对旭日型相对论磁控管的工作特性和输出结果也有一定的影响，在一定的范围里，阴极长度越长，输出功率越高，阴极长度越短，输出效率越高；（3）耦合口角度和耦合口结构对旭日型相对论磁控管的Q值有一定的影响，在一定的区间内耦合口开口角度增大会降低Q值。耦合口结构选择渐变式结构对输出结果更为有利；（4）工作的电参数对旭日型相对论磁控管的工作特性和输出结果影响较大，选择合适的工作点非常重要。
　　最后，通过对以上影响旭日型相对论磁控管的因素分析，对旭日型相对论磁控管进行了结构和工作电参数的优化，其模拟结果为当旭日型相对论磁控管工作中心在（800kV，0.64T）时，小腔的可调谐深度为3mm-24mm，频率可调谐区间为3.13GHz—2.12GHz，调谐带宽为1GHz，在整个调谐带宽内输出功率大于1.45GW，在小腔深度为10mm时，旭日型相对论磁控管有最大功率2.94GW。

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第一章 绪 论

1.1 相对论磁控管的发展和研究现状

1.2 相对论磁控管的三维仿真研究现状

1.3 论文的主要工作

1.4 论文的组织形式及主要内容

第二章 相对论磁控管的基本理论

2.1 普通磁控管的基本原理

2.2 相对论磁控管的特殊问题分析

2.3 A6型相对论磁控管和旭日型相对论磁控管的特性分析

第三章 粒子模拟软件CHIPIC的概述

3.1 粒子模拟方法概述

3.2 粒子模拟理论

3.3 CHIPIC软件简介

第四章 旭日型可调谐相对论磁控管的初步模拟研究

4.1 引言

4.2 旭日型相对论磁控管的基本参数选择

4.3 旭日型相对论磁控管的初步模拟结果

4.4 旭日型相对论磁控管的并行运算应用

4.5 本章小结

第五章 旭日型可调谐相对论磁控管的粒子模拟优化

5.1 旭日型相对论磁控管的结构参数优化

5.2 电参数对旭日型相对论磁控管性能的影响

5.3 优化后的旭日型相对论磁控管模拟结果

5.4 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献