高增益相對論速調管放大器自激振蕩機理及抑制技術研究.pdf

1、高功率微波器件受其結構和功率容量的影響，其峰值功率受到限制。要實現更高的輻射功率，目前可行的技術路線是多臺高功率微波器件的合成。由于相對論速調管放大器具有高增益、高功率以及相位和頻率穩(wěn)定的特點，因此強流相對論速調管放大器是目前實現該技術路線的優(yōu)選微波器件之一，但這種器件在高增益條件下很容易產生自激振蕩問題，嚴重影響器件的工作特性。論文基于一個四腔S波段強流高增益相對論速調管放大器進行了自激振蕩產生機理及相關抑制技術的理論分析、粒子模擬和

2、實驗研究。
　　論文根據單腔振蕩和腔間耦合振蕩的機理，(1)分析了單腔自激振蕩的物理過程，并給出相對論速調管中各諧振腔的渡越角范圍;(2)分析了腔間耦合導致自激振蕩的物理過程，給出了高次模起振電流與器件結構參數之間的關系，并給出了提高起振電流抑制高次模產生的措施，該措施為:通過調節(jié)中間腔之間的漂移管長度（漂移管長度要同自激振蕩模式諧振長度失配）、降低中間腔的Q值提高高次模起振電流和在漂移管中加載吸波材料截斷高次模的傳播途徑來抑制自

3、激振蕩，從而實現腔間耦合的抑制，(3)通過PIC粒子模擬不僅驗證了該措施的有效性，同時在kW注入微波條件下，模擬獲得了增益大于60dB，功率3GW的高功率微波輸出。
　　關于強流相對論速調管放大器中回流電子問題，該問題主要涉及器件輸出腔設計、注入微波功率和電子束等參數的優(yōu)化，論文從四個方面進行研究:(1)從理論上推導出回流電子所受約束力的表達式，該式很好地解釋了電子回流過程中容易發(fā)散的現象;(2)研究了回流電予產生的機理，給出了電

4、子的回流與輸出腔間隙電壓、電子進入輸出腔間隙時的初始相位和初始動能的關系;(3)分析了回流電子在末前腔引起自激振蕩的回流電流強度和相位條件。(4)模擬分析了注入微波，電子束，器件結構等參數變化對電子回流的影響，給出了抑制回流電流引起的自激振蕩的措施，即調節(jié)注入微波、腔體結構，電子束等等參數的控制回流電子強度，以及提高末前腔回流電流起振閾值抑制自己振蕩，并在模擬中得到了驗證。
　　論文結合抑制自激振蕩的措施，利用PIC程序完成了S波

5、段3GW高增益強流RKA的模擬設計，在電子回流和腔間耦合自激振蕩達到抑制的基礎上，當注入微波2.3kW，電子束電壓電流分別為1MV，12.5kA條件下模擬獲得功率3GW，增益61dB，效率24％的穩(wěn)定微波輸出，同時將電子束參數900kW,8kA，1.3kW注入下獲得2.05GW，效率28.5％，增益的RKA器件在LTD加速器平臺開展了微波器件實驗，(1)實驗上驗證了自激振蕩抑制措施的有效性，(2)在注入微波功率為10kW級，電子束參數為