微波管高頻系統(tǒng)時域分析與研究.pdf

1、微波管高頻系統(tǒng)的特性直接影響著微波管的工作頻率、頻帶寬度、換能效率和輸出功率，以及其它一系列整管性能。因此，研究與分析微波管高頻系統(tǒng)的特性，對設計和優(yōu)化微波管高頻結構具有決定性意義，同時也對微波管整管的研制具有非常重要的指導性作用。本論文從時域上，對軸對稱變截面波導結構高頻系統(tǒng)的特性進行了研究與分析。 應用正交函數的展開理論，將變截面波導中的電磁場表示為橫電波(TE)和橫磁波(TM)本征模式的級數；然后根據耦合波理論，推導了考慮

2、波導金屬壁有限電導率的變截面波導時域多模耦合波方程組(或者說廣義電報方程組)及各模式間耦合系數的表達式。時域多模耦合波方程組是波導模式振幅的空間一維關聯一階偏微分方程組；因此，電磁場的計算就是求解波導模式振幅的一維關聯偏微分方程組，而不用求解Maxwell全微分方程組。 針對研究結構中電磁場處于穩(wěn)定狀態(tài)時的特殊情況，建立了耦合波方程的穩(wěn)態(tài)模型；并對其進行數值算法分析，編寫了穩(wěn)態(tài)模型數值模擬程序--用于數值模擬變截面波導傳輸系統(tǒng)中

3、的多模傳輸特性。首先，為了說明在THz波段研究變截面波導中的多模傳輸特性時，波導壁的有限電導率影響必須考慮，應用該模擬程序對圓波導中的模式衰減問題進行了數值計算分析。然后，介紹了應用該模擬程序對變截面波導傳輸系統(tǒng)，如波導耦合器和過渡器的多模傳輸特性進行數值計算分析的實例。 接下來，重點分析了時域耦合波方程組--時域模型的數值算法。首先，將時域耦合波方程組的關于軸向z的一階關聯偏微分方程組形式化為二階偏微分方程組形式；然后采用時域

4、有限差分法“預測-校正”方式對其進行求解。這樣避免了直接對一階關聯偏微分方程組采用時域有限差分法求解而導致的截止模指數增長的錯誤。由于波導模式的復振幅是時間的緩變函數，在一個波周期，它的值變化緩慢；因此，在數值計算中更新電磁場的時間步長不再受Courant條件限制，可以取比波周期大很多的時間步長。 最后，編寫了時域模型數值模擬程序--用于模擬分析變截面波導高頻系統(tǒng)的“冷腔”特性和變截面波導傳輸系統(tǒng)中的多模傳輸特性；并介紹了應用該