| 题名 | 螺旋线行波管高频特性及非线性注－波互作用研究 |
| 作者 | 肖刘 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院电子学研究所 |
| 授予地点 | 电子学研究所 |
| 导师 | 刘濮鲲 |
| 关键词 | 行波管 色散 耦合阻抗 非线性注波互作用 多目标优化 |
| 中文摘要 | 本论文从理论计算、软件模拟和实验测量三个方面较系统的研究了螺旋线行波管的高频特性和注波互作用，并以理论计算为基础进行多目标的结构参数优化，为螺旋线行波管的工程设计提供可靠的依据。研究内容按内在的先后关系进行组织。首先深入研究了螺旋线慢波系统的基础理论，结合软件模拟和实验测量，为非线性计算提供较准确的冷测参数；通过详细的理论推导给出了螺旋线行波管的非线性场理论，对L、C和Ku波段空间行波管的计算结果表明，理论与实验结果基本一致；最后在行波管的设计工作中引入了多目标的优化方法，并对这些方法进行改进。论文的主要工作如下： 一、通过详细研究有限宽度螺旋带理论中的坐标变换，指明了一个复合变量的特殊含意，证明了将电磁场分量写成变量分离的形式是适当坐标变换的必然结果，而不是人为的假设。使用阻抗矩阵，在坐标变换的基础上将螺旋带处的边界条件用电场分量统一表示。其中的积分与Chebyshev多项式的积分在形式上高度一致，构成了面电流Chebyshev多项式展开的数学基础。 二、带状螺旋线上的面电流分布在实验上无法测量。应用三维电磁场计算软件HFSS进行了模拟，为面电流分布简化假设的使用提供参考。同时也从软件模拟的角度证明，螺旋带上面电流的Chebyshev多项式展开在理论上不仅是合理的，也是必要的，即更接近螺旋带上面电流的实际分布。 三、应用改进了的螺旋带色散和耦合阻抗的计算方法，在成功去除面电流假设的同时对介质进行径向分层。在径向分层时，不需对随层数增加而增加的高阶矩阵进行求逆运算，因此适合于介质的高阶分层处理。基于此理论编写了可径向任意分层的普适性程序，计算与实验的结果有很好的一致。 四、加工和组建了较精密的实验装置，使用Aglient 8510C矢量网络分析仪分别测量了一个无翼片和两个不同翼片加载慢波结构的色散特性和耦合阻抗。将系统等效为二端口网络，对非谐振系统耦合阻抗公式中的 进行了修正，可以有效消除端口反射的影响，抑制了实验结果的波动。在软件模拟中，考虑了高次空间谐波对耦合阻抗计算结果的影响。 五、详细推导并建立了完整的非线性理论工作方程组。通过行波管螺旋导电面模型中电磁场的分析，给出了色散和耦合阻抗计算公式，深入研究了非线性理论中的空间电荷降低因子。研究表明，采用螺旋导电面模型在较高的频率计算空间电荷降低因子，实质上将退化为最简单的金属导电筒模型。通过C和L波段两个行波管的非线性计算结果与文献中相应结果的比较，充分说明本文理论和程序的正确性。在此基础上设计了一个Ku波段空间行波管的慢波系统，有效的提高了电子效率。在一维理论的基础上初步研究了螺旋线行波管的三维非线性理论，讨论了空间电荷场的计算方法，并给出了程序的计算流程。 六、深入研究了两个多目标优化算法：NSGA和ε-MOEA，并对算法进行了部分改进。在NSGA中引入了拥挤体积的概念，既不需要归一化拥挤距离，也不需要对拥挤距离进行反复排序，有效地减小了计算量；对NSGA-II算法的两大部分进行统一，提高了程序的结构性。NSGA和ε-MOEA在有限制条件的工程优化设计中，根据是否满足限制条件来确定是否计算目标函数，减小了大量的计算时间。在分析经典测试问题的基础上，以色散和耦合阻抗为目标对行波管慢波系统进行了结构参数的优化设计。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-07-19 |
| 页码 | 164 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.65.12/handle/80137/8173]  |
| 专题 | 电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 肖刘. 螺旋线行波管高频特性及非线性注－波互作用研究[D]. 电子学研究所. 中国科学院电子学研究所. 2006. |
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