Ku波段低導引磁場無箔徑向渡越時間振蕩器的研究.pdf

1、近30年，隨著脈沖功率技術的發(fā)展與相關應用需求，高功率微波技術發(fā)展日漸成熟，高功率微波源已在P、L、C、X等中低波段獲得了GW級的微波輸出。但在較高頻段（如Ku波段），由于器件尺寸的減小，功率容量受限，輸出功率一般限制在百兆瓦量級。渡越輻射高功率微波源由于其結構簡單、頻率單一、輸出功率高等優(yōu)點而備受學者青睞，傳統(tǒng)軸向渡越輻射器件大多工作于高阻狀態(tài)，空間電荷效應較強，限制了注入電子束的功率。低阻的研究主要集中于同軸結構與徑向結構，目前同軸

2、器件在X、Ku波段的束波轉換效率尚且不高（10％左右），徑向器件幾乎均存在金屬箔，金屬箔在強流束轟擊下容易產(chǎn)生等離子體，不利于器件長脈沖和重頻運行。高功率、高頻段、長脈沖、高重頻是高功率微波未來發(fā)展的重要方向，為了順應這一發(fā)展趨勢，本文提出了一種工作于Ku波段的低導引磁場無箔徑向渡越時間振蕩器（RTTO），并對該器件進行了詳細研究。
　　本研究首先推導計算了徑向結構的空間極限電流公式，驗證了徑向結構空間電荷效應弱的優(yōu)勢；數(shù)值計算了

3、Ku波段結構的本征模場分布，確認了該器件工作模式為徑向TM01，從小信號理論出發(fā)，計算了0模、π/2模、π模的電子束電導，選取π/2模為其工作縱模。其次，重點對Ku波段低導引磁場無箔徑向渡越時間振蕩器進行了粒子模擬研究，研究表明：在電子束電壓300 kV、束流18.3 kA，導引磁場0.6 T的激勵下，模擬獲得了功率2.2 GW、頻率14.26 GHz的微波輸出，束波轉換效率40%，飽和時間在18 ns左右。分析了其RF場分布，電子束調(diào)

4、制情況，結構參數(shù)對該器件工作性能的影響，并通過3D模擬驗證了器件內(nèi)部無角向非均勻模式的干擾。此外，對Ku波段徑向速調(diào)管放大器進行了初探，模擬結果為：電子束電壓300 kV、束流10 kA，注入信號功率42 kW，頻率14.2 GHz，輸出微波功率990 MW，頻率14.2 GHz，增益43.7 dB，效率33%。最后，對Ku波段低導引磁場無箔徑向渡越時間振蕩器進行了相關工程設計。重點設計了其勵磁系統(tǒng)，提出了一種用于徑向高功率微波的導引磁