螺旋线行波管三维返波互作用理论与数值模拟

建立了三维非线性返波互作用模型,用于精确分析大功率螺旋线行波管中返波振荡非线性过程问题,并提出了计算返波振荡功率的方法及磁场抑制手段.该理论模型包括三维线路场方程、三维运动方程以及三维空间电荷场.首先比较三维模型与原有一维模型之间的差异,发现一维空间电荷场的径向交流电流分布模型与三维模型的差异是导致振荡频率偏大及起振长度缩短的主要原因.然后计算返波饱和输出功率大小并揭示返波饱和功率和振荡频率与互作用长度的关系,并探讨了磁场对返波振荡的抑制影响.最后以某一毫米波行波管为例,实验对比了一维与三维模型计算的振荡频率与热测的差异,其中三维模型的相对误差小于4.8%.

考虑谐波互作用的行波管欧拉非线性理论模型

基于拉格朗日体系的考虑谐波互作用的理论模型,将离散的粒子近似处理为流体,得到电子相位的连续分布函数.对电子相位连续分布函数进行傅里叶一阶展开,并结合贝塞尔母函数关系式,建立了考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型.应用考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型对一支L波段空间行波管和一支C波段空间行波管进行大信号分析,并与拉格朗日理论模型进行对比.结果表明:在增益1dB压缩点之前,考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型与拉格朗日理论模型十分符合,增益最大误差不超过4%.考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型能够有效的对增益1 dB压缩点之前的谐波进行分析.仿真结果验证了考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型的正确性和有效性.考虑谐波互作用的欧拉非线性理论不但提供了一个谐波快速计算模型,而且为后续研究行波管谐波的产生机理与抑制方法奠定了基础.

大功率毫米波行波管AM/PM转换特性大信号解析理论的研究

基于相位展开的欧拉大信号理论,采用逐次逼近法推导得到场和AM/PM转换(输出相位对输入功率的导数)的大信号解析解。以一支Q波段毫米波行波管为例,将大信号解析解与拉格朗日理论以及传统欧拉非线性理论进行对比。结果表明:大信号解析解的功率、增益和相移以及AM/PM转换与拉格朗日理论在线性区和中度互作用区十分吻合,饱和增益最大误差小于8. 5%。同时大信号解析解相较于传统的欧拉非线性模型具有更高的精度,且能表现出饱和现象。

螺旋线行波管群时延失真特性小信号分析（英文）

基于欧拉坐标系发展了一种新颖的欧拉小信号理论模型。在考虑衰减和空间电荷场的情况下,对欧拉小信号理论模型进行求解,建立了群时延小信号解析模型。应用群时延小信号解析模型对一支C波段空间行波管进行优化,并与拉格朗日理论模型进行对比。仿真结果验证了群时延小信号解析模型的正确性和有效性。

螺旋线行波管欧拉非线性注波互作用理论

如何获得螺旋线行波管的欧拉非线性解析解是研究其非线性特性产生物理机制的关键。本文采用逐次逼近法,详细推导了螺旋线行波管的欧拉非线性注波互作用解析解,获得了电场与电子相位的解析关系,并将逐次逼近解析解与拉格朗日理论以及传统的欧拉理论进行对比。仿真中采用了一支C波段和一支Ku波段的螺旋线行波管(均匀螺距分布),仿真结果表明:在非线性区,四阶逐次逼近解析解与拉格朗日理论具有很好的一致性,并且精度高于一阶、二阶以及三阶的逐次逼近解析解。同时,还发现四阶逐次逼近解析解能够呈现出由电子超越引起的饱和现象,而传统的欧拉理论是无法对此饱和现象进行描述的。此外,四阶逐次逼近解析解比现有的方法更加简捷,因此可以进行解析研究处理,以便研究行波管非线性互作用物理机制。研究表明四阶逐次逼近解析解优于现有的研究。

相对论行波管非线性特性理论研究

在相对论行波管中,基于精确的拉格朗日理论模型,通过对其指数上的电子相位进行傅里叶分析,建立了欧拉非线性注波互作用理论模型。采用逐次逼近法对欧拉理论模型进行解析求解,进而得到欧拉理论模型场幅值的四阶逼近非线性解析解,以及场幅值与电子相位的解析关系式。以一支X波段的相对论行波管为例,将四阶逼近非线性解析模型与拉格朗日理论以及欧拉非线性理论模型进行对比。仿真结果表明:在线性区到中度互作用区,四阶逼近非线性解析模型的功率和增益的计算结果与拉格朗日理论以及欧拉非线性理论模型十分吻合;同时,四阶逼近非线性解析模型还能表现出增益压缩饱和现象;最后,就饱和位置附近,欧拉模型与拉格朗日理论模型存在的差异进行分析,并提出改进方法。

基于Xampling的MWC系统设计与实现

调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter,MWC)系统是一个将原始的模拟信号送入多通道,进行同时调制滤波之后,以一个较低的采样率进行采样,为稀疏多频带信号采样率高的问题提供了一种欠采样解决方案,同时为解决目前商用模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)难以满足现代通信需要的问题,提供了一套有效的解决方案。设计了一套利用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)产生频带搬移所需要的伪随机序列,然后结合压缩感知基于Xampling恢复算法进行信号恢复的MWC系统。恢复出的信号与原始信号相比,虽然在频域上引入了能量很低的新的频谱分量,但是信号主要的参数没有改变。