微波管慢波結(jié)構(gòu)高頻特性的有限元分析.pdf

1、在微波、毫米波領(lǐng)域，尤其是微波通信中微波電真空器件一直都是不可或缺的電子器件之一。它具有高功率、高增益、高效率、寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)。目前，微波管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于寬帶無線通信、雷達(dá)、電子干擾和對抗等民用及軍用領(lǐng)域。由于慢波系統(tǒng)的高頻特性對微波管的工作帶寬、增益、輸出功率以及效率等參數(shù)具有重要的影響，為了進(jìn)一步改善微波管的性能，需要根據(jù)相關(guān)理論對它的尺寸和材料等進(jìn)行一些調(diào)整。數(shù)值計(jì)算的引入使得這項(xiàng)工作變得簡單而且經(jīng)濟(jì)。
　　 為了更加準(zhǔn)確并

2、且快速的對慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬，本學(xué)位論文對微波管慢波結(jié)構(gòu)冷腔特性的數(shù)值計(jì)算方法開展了較深入的研究。并在此基礎(chǔ)上結(jié)合文獻(xiàn)[1]的研究成果開發(fā)完善了第一套國產(chǎn)三維慢波結(jié)構(gòu)仿真軟件一高頻電路模擬器(High Frequency Circuit Simulator，簡稱HFCS)。HFCS以有限元法和Maxwell電磁理論為數(shù)理基礎(chǔ)，能夠?qū)θ我饨Y(jié)構(gòu)及材料的慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行全三維的仿真模擬。目前，該軟件已作為“微波管模擬器套裝”的一個(gè)組件在一些科研

3、單位得到了推廣應(yīng)用，并獲得了良好的評價(jià)。本論文的主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1、深入研究有限元方法，掌握矢量有限元插值基函數(shù)在電磁學(xué)中的應(yīng)用。矢量插值基函數(shù)能夠二次可微，因此在處理矢量問題時(shí)并不會(huì)出現(xiàn)非物理的偽解或場的奇異性問題。
　　 2、結(jié)合電磁學(xué)理論從慢波系統(tǒng)的邊值問題出發(fā)分析推導(dǎo)了其泛函方程，并使用有限元中的里茲變分方法及矢量插值基函數(shù)對泛函方程進(jìn)行離散，最終得到了能夠數(shù)值求解的矩陣方程。
　　 3、改

4、進(jìn)周期邊界條件強(qiáng)加的方法并應(yīng)用廣義變分原理從而實(shí)現(xiàn)了高頻結(jié)構(gòu)中介質(zhì)損耗的計(jì)算，并通過計(jì)算實(shí)例與HFSS對比驗(yàn)證了其計(jì)算精度。
　　 4、研究了有限元網(wǎng)格自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)，它的兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是誤差的判定與網(wǎng)格的局部控制。較簡單地，本文使用本征頻率作為誤差的判定依據(jù)并初步實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格自適應(yīng)計(jì)算。
　　 5、在Windows平臺(tái)下使用C++語言編寫了慢波系統(tǒng)的仿真計(jì)算軟件。該軟件可以根據(jù)用戶構(gòu)建的模型自動(dòng)計(jì)算出慢波系統(tǒng)的高頻參數(shù)，如