無導引磁場X波段Cerenkov型高功率微波振蕩器研究.pdf

1、隨著高功率微波（HPM）技術(shù)的不斷發(fā)展，要求HPM產(chǎn)生器件向著緊湊化、實用化的方向發(fā)展。無導引磁場Cerenkov型高功率微波振蕩器可以通過優(yōu)化設(shè)計器件結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)，在較高功率輸出與較高功率效率下，實現(xiàn)器件小型化。然而，目前對該類型器件的研究還主要集中在頻率較低的L、S、C等波段，因此，本文提出了一種X波段無導引磁場Cerenkov型高功率微波振蕩器結(jié)構(gòu)，并通過物理分析和粒子模擬方法對該器件進行了研究。本文的研究內(nèi)容包括以下幾個方面：

2、
　　首先，通過對無導引磁場Cerenkov型器件的分析，提出了一種X波段該類型器件結(jié)構(gòu)，闡述了器件的工作原理，并對器件的相關(guān)問題進行了物理分析。分析了無導引磁場條件下環(huán)形電子束的傳輸特性，分別研究了內(nèi)、外層電子的傳輸規(guī)律，利用約束陰極結(jié)構(gòu)對電子束的徑向擴散進行一定的抑制。對慢波結(jié)構(gòu)的色散方程進行了推導，利用計算程序數(shù)值求解了色散曲線，并分析了慢波結(jié)構(gòu)中不同模式下的電場分布。分析了器件中錐形收集極對電子束的收集作用，討論了利用錐形

3、收集極使慢波結(jié)構(gòu)作用區(qū)輸出的TM01模微波轉(zhuǎn)化為TEM模的作用。
　　其次，利用2.5維粒子模擬軟件對所提出的器件進行了粒子模擬研究。給出了基本物理模型與典型模擬結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，研究了慢波結(jié)構(gòu)周期數(shù)、波紋深度、收集極、陰極約束部分等結(jié)構(gòu)參數(shù)與二極管電壓、電子束流等運行參數(shù)對器件性能的影響。在基本模型的基礎(chǔ)上引入了一種陰極聚束結(jié)構(gòu)，分析了其對電子束的聚焦作用；通過對器件結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，在二極管電壓為620kV、電子束流為9k

4、A的條件下，模擬得到了功率為1.9GW、頻率為9.1GHz、模式為TEM模的微波輸出，器件功率效率為34％。結(jié)合粒子模擬結(jié)果對慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)的束波作用機制進行了分析，首先研究了軸向束波作用機制，其次對本器件所具有的一種徑向束波作用機制進行了初步研究，結(jié)合粒子模擬圖像與物理分析證明了這種徑向束波作用機制的存在，并討論了該機制對器件性能的影響。
　　最后，對器件進行了實驗設(shè)計。利用高頻場模擬軟件對微波輻射部件包括支撐桿、模式轉(zhuǎn)換器與天線部