基于超材料的新型高功率微波輻射源.pdf

1、近年來超材料理論與應(yīng)用研究已經(jīng)成為國際上一個熱門研究方向，在一些發(fā)達(dá)國家，對于超材料的研究已經(jīng)被列入重要的戰(zhàn)略位置，基于超材料的微波器件的設(shè)計研究就是其中一個重要分支?；诔牧显O(shè)計的新型真空電子器件相對于傳統(tǒng)的電真空器件而言具有注波互作用效率更高，小型化及單元結(jié)構(gòu)簡單易加工裝配等優(yōu)勢。其中，基于超材料的返波振蕩器結(jié)合了超材料和傳統(tǒng)返波管的特性，較好的體現(xiàn)了上述優(yōu)勢。
　　本論文的主要研究目標(biāo)是設(shè)計出一種工作于 S波段的新型微波輻

2、射源器件。首先，文章介紹了具有負(fù)電磁特性的細(xì)金屬棒(Rod)結(jié)構(gòu)和互補開口諧振環(huán)(CSRR)，在此基礎(chǔ)上，將兩者結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理演變，獲得本文所研究的具有負(fù)電磁特性的單元結(jié)構(gòu)。通過仿真計算分析，并與傳統(tǒng)耦合腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，確定了新型結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢所在。接著將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于新型微波輻射源慢波結(jié)構(gòu)的設(shè)計中并給出了耦合環(huán)輸出裝置和矩形波導(dǎo)輸出裝置兩種輸出裝置的設(shè)計方案，對于慢波結(jié)構(gòu)的幾何參量也通過仿真計算進(jìn)行了優(yōu)化。最后，針對聚焦磁場的設(shè)定與起振電流的

3、大小，通過仿真計算對比給出了合理取值范圍。最終獲得了工作于 S波段，峰值輸出8.8MW,電子效率36％，相較于傳統(tǒng)返波器件（1%到15%）具有更高電子效率的新型輻射源器件。
　　本論文的主要研究內(nèi)容可分為4個部分：
　　1、具有負(fù)電磁特性的單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計。將構(gòu)成單負(fù)特性的經(jīng)典結(jié)構(gòu)合理組合演變，獲得一種新的具有負(fù)特性的單元結(jié)構(gòu)，通過仿真計算對其電磁特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，并與傳統(tǒng)耦合腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，確定了該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。
　　

4、2、慢波結(jié)構(gòu)及耦合輸出結(jié)構(gòu)的研究。選取幾個電壓工作點，通過仿真計算對慢波結(jié)構(gòu)的周期長度與周期個數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得高的輸出功率和小的器件尺寸。在已有的耦合環(huán)輸出結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對慢波結(jié)構(gòu)中的場分布進(jìn)行分析，設(shè)計出更易裝配，耦合輸出效率更高的矩形波導(dǎo)輸出結(jié)構(gòu)。
　　3、器件電參數(shù)的研究。同時，對于確定的器件結(jié)構(gòu)，通過仿真計算給出合理的聚焦磁場和器件穩(wěn)定工作電流的大小，方便后續(xù)實驗工作的開展。
　　4、單元結(jié)構(gòu)的變形擴(kuò)展研究?；趯?/p>