改變填充介質參數(shù)實現(xiàn)可調諧的契倫科夫高功率微波輸出.pdf

1、近幾年來，高功率微波器件在多波段、高效率等方面取得了長足的進步，并發(fā)展出了幾種備受關注的器件。然而，受物理機制和材料工藝的限制，契倫科夫型器件多采用內同軸結構或機械改變諧振腔結構等方法實現(xiàn)可調諧設想。本文提出一種新型的契倫科夫型振蕩器，可通過改變慢波結構中的填充介質參數(shù)實現(xiàn)輸出微波的可調諧。這種契倫科夫型振蕩器具有周期性介質慢波結構，可以向其中填充液體介質，具有免拆卸、調諧范圍大等優(yōu)點。全文從理論分析、PIC(Particle in c

2、ell)粒子模擬、工程設計三方面對這種契倫科夫型振蕩器進行了詳盡的闡述，主要內容如下：
　　1、系統(tǒng)地調研多種已存在的可調諧契倫科夫型振蕩器，分析每種器件工作性能及結構特征，對比其在調諧方面的優(yōu)缺點，從而提出通過改變填充介質參數(shù)實現(xiàn)可調諧的契倫科夫高功率微波輸出的設想。之后，通過理論分析求解均勻介質填充的圓柱波導模型的色散曲線，得出輸出微波的頻率與介質介電常數(shù)有關的結論。同時，通過等效模型替代，繼續(xù)求解出介質膜片加載的圓柱波導模型

3、的色散曲線，分析出其色散曲線與前者模型類似。最終從理論上完整地論證了本課題設想的可行性。
　　2、利用PIC粒子模擬程序，設計出一種具有介質慢波結構的契倫科夫型振蕩器。在初期模擬中，獲得了在相對介電常數(shù)分別為1.2，19和31.5時，輸出頻率分別為5.79GHz，9.19GHz和7.09GHz的輸出微波。在添加矩形介質葉片、縮短陰極長度、增加截止頸深度后，獲得了在相對介電常數(shù)分別為30，40和65時，輸出頻率分別為10.69GHz

4、，7.46GHz和6.90GHz，輸出功率分別為0.8GW,0.9GW和1.1GW的高功率微波輸出。為介質慢波結構增加相對介電常數(shù)為3.7的石英玻璃介質封裝結構后，獲得了在相對介電常數(shù)分別為15.7，34.3和42.0時，輸出頻率分別為6.89GHz，10.05GHz和7.31GHz，輸出功率分別為0.9GW，1.1GW和1.0GW的高功率微波輸出。之后，用雙頻率波疊加的模型較好的解釋了模擬中出現(xiàn)的輸出平均功率的振蕩現(xiàn)象。通過對一定范圍

5、內輸出頻率和相對介電常數(shù)關系的擬合，得出結論：在諧振點周圍，輸出頻率與相對介電常數(shù)成線性反比，在低介電常數(shù)區(qū)域內，通過改變介電常數(shù)來調節(jié)輸出頻率的效果更明顯。
　　3、在工程設計中，選定液體介質作為填充介質。提出用兩種介電常數(shù)相差較大的物質進行混合的辦法來滿足介電常數(shù)大范圍連續(xù)性變化的需求。利用德拜模型，分析計算NaCl溶液相對介電常數(shù)實部變化范圍，證明此方法的可行性。詳細地對碳酸丙烯酯的苯溶液的相對介電常數(shù)實部和虛部數(shù)值分布進行