S波段耦合腔行波管非線性注一波互作用方程組的數(shù)值
,
其中:ωp為電子等離子體頻率;η為電子荷質(zhì)比;v0為電子注初速度。仿真中用式(13)代替式(9)中的Fsz。
4 休斯結(jié)構(gòu)耦合腔
休斯型耦合腔的剖面結(jié)構(gòu)為圖2(a)所示,圖2(b)為其截面圖,表1為設(shè)計s波段耦合腔行波管的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
5 仿真結(jié)果及討論
在上述尺寸下,對2.87~3.35 GHz頻率范圍內(nèi)的休斯結(jié)構(gòu)耦合腔行波管進(jìn)行了數(shù)值分析,仿真中電子注的注電壓U。一21 kV,注電流L一1 A,波的輸入功率Pin=300 w。采用四階龍格一庫塔法求解互作用方程組式(8)~(10),其結(jié)果如圖3~圖6所示。
圖3給出了在中心頻率f=3.100 7 GHz時電子的相位軌跡。由圖可知,電子在歸一化軸向距離Z=2.4附近獲得了較好的群聚,此即為最佳互作用距離。由圖4可以看出該頻率的波在此處獲得最大增益,此后電子注離開最佳互作用區(qū),效率降低,增益下降。
圖5給出了中心頻率時電子注效率隨軸向距離的變化曲線。圖中實線為不考慮空間電荷力的情況,虛線為考慮空間電荷力的情況。由圖可知,空間電荷力的作用使得飽和位置推后,增益下降,即空間電荷力起發(fā)散作用。圖中效率剛開始時為負(fù)值,是因為電子剛進(jìn)入互作用區(qū)時要得到部分能量,表現(xiàn)電子效率為負(fù)值。
圖6給出考慮空間電荷場時,2.87~3.35 GHz內(nèi)各頻點的微波增益。由圖可知,在給定電子注注電壓,注電流,和波的輸入功率等參量的情況下,頻帶內(nèi)微波增益均大于18.5 dB。
6 結(jié) 語
對S波段休斯結(jié)構(gòu)耦合腔行波管非線性注一波互作用工作方程組進(jìn)行了數(shù)值求解,求出考慮和不考慮空間電荷場時中心頻率.廠一3.100 7 GHz處的效率,說明空間電荷場對互作用起散焦作用,與文獻(xiàn)中結(jié)論很吻合。求出工作在2.87~3.35 GHz頻率范圍內(nèi)耦合腔行波瞬時帶寬。仿真中所用管子已制作完成,實驗數(shù)據(jù)對后期管子的熱測試有很好的指導(dǎo)意義。
評論