耦合雙間隙腔的單腔管振蕩問題研究.pdf

1、大功率速調(diào)管被廣泛應用于各種軍民用雷達、高能粒子加速器、衛(wèi)星通信、電視廣播設(shè)備和微波武器系統(tǒng)等領(lǐng)域，是軍隊信息化工程、航天工程和通信、民航、天氣預報、醫(yī)療器械等民生工程中的重要核心器件之一。而雙間隙輸出回路已成為高功率速調(diào)管展寬帶寬和提高功率的重要技術(shù)手段，近年來被廣泛用于發(fā)展高性能多注速調(diào)管。然而在發(fā)展較低和較高頻段的寬帶多注速調(diào)管過程中經(jīng)常遇到了難以克服的寄生振蕩問題，成為當前最迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難點。因此，速調(diào)管雙間隙輸出腔的

2、穩(wěn)定性問題是高性能多注速調(diào)管研制者的研究重點之一。長期以來，在速調(diào)管雙間隙輸出腔形成的一些寄生振蕩，由于不清楚其產(chǎn)生機理，一直令研制者感到束手無策。速調(diào)管輸出回路的結(jié)構(gòu)和性能不僅對大功率速調(diào)管的工作帶寬和效率有著決定性的影響，而且對整管的穩(wěn)定性也有著重要的影響。雙間隙輸出腔中經(jīng)常會出現(xiàn)一些不期望的寄生振蕩頻率，并且這些振蕩頻率并未受到雙間隙加載輸出腔的某些相關(guān)參數(shù)的影響，也正是這些非工作頻率的存在嚴重危害著雙間隙輸出腔的穩(wěn)定性能和導致雙

3、間隙輸出腔輸出頻譜的不存，以及雙間隙輸出腔的輸出效率變差等一系列問題。
　　 長期以來，國內(nèi)外科學家在這方面做出了大量的研究工作，并發(fā)展了各種各樣具有針對性的抑制寄生振蕩和改善穩(wěn)定性的方法，但是仍然存在有一些寄生振蕩問題，由于不清楚其產(chǎn)生的根源一直使得研制者感到束手無策而且始終找不到有效的解決方法?；蛟S在寬帶多注速調(diào)管的雙間隙輸出腔中，那些難以克服的寄生振蕩源于某種新的機理，目前還未被研制者所認知。因此，只有從理論上徹底研究清楚

4、這些寄生振蕩的產(chǎn)生機理，才能有目的性地調(diào)整結(jié)構(gòu)和電子注參數(shù)以避免這些寄生振蕩的出現(xiàn)。
　　 本文針對這一難題，主要研究了多注速調(diào)管2π模和π模耦合雙間隙加載輸出回路形成單腔管振蕩的問題。在小信號條件下，圍繞著雙間隙輸出腔中能否產(chǎn)生假設(shè)所述的“單腔管振蕩”等系列問題展開了詳細的理論推導、解析計算和模擬仿真。最后，通過magic粒子模擬進一步驗證了耦合雙間隙輸出腔形成單腔管振蕩的可能性。
　　 首先，本文采用理論推導和解析計

5、算的方法分別計算了2π模和π模耦合雙間隙輸出腔加載截止波導濾波器型輸出回路中電子注的小信號電子注導納公式，并利用三維仿真方法定量計算了2π模和π模耦合雙間隙加載矩形波導輸出腔的線路導納，根據(jù)原有單腔管產(chǎn)生自激振蕩的條件，得到了耦合雙間隙加載輸出腔滿足單腔管振蕩的線路總導納條件、起振電流和振蕩頻率，并以此確定了2π模和π模耦合雙間隙輸出腔形成“單腔管振蕩”的起振條件。計算結(jié)果表明:在電子注加速電壓一定的情況下，電子注電流增大到一定程度，耦

6、合雙間隙輸出腔將會形成危害性較大的單腔管振蕩;而且雙間隙輸出腔的單腔管振蕩頻率與電子注加速電壓和電子注電流存在復雜的關(guān)系。為了進一步驗證加載雙間隙輸出腔中產(chǎn)生“單腔管振蕩”這一假設(shè)存在的可能，我們繼續(xù)對多注速調(diào)管2π模和π模耦合雙間隙加載輸出腔進行了MAGIC粒子模擬計算。模擬結(jié)果表明:在不存在激勵信號源并保持一定直流電子注加速電壓不變的條件下，當電子注電流值增大一定程度后，電子注將會在漂移管中出現(xiàn)較為嚴重的群聚現(xiàn)象，波導口輸出功率值也