X波段相對論返波管振蕩器研究.pdf

1、返波管(Backward Wave Oscillator，BWO)是輸出微波功率最高的微波器件之一，相對論返波管振蕩器需要一個體積龐大、高耗能的引導磁場系統(tǒng)。本文主要目的就是解決磁場問題，對小徑向尺寸的低磁場返波管進行了研究。
　　本論文共分為3部分:
　　第一部分包括第二章和第三章，它主要對返波管振蕩器進行了理論研究，推導了返波管產(chǎn)生的微波的頻率與電子束參數(shù)、慢波結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的解析關系式，對正弦慢波結(jié)構(gòu)給出了較為準確的結(jié)論

2、，為返波管優(yōu)化設計提供了理論指導;同時，從線性化的Vlasov方程出發(fā)，首次推導了返波管產(chǎn)生的微波功率與引導磁場之間的關系，該結(jié)論與以前的實驗結(jié)果基本一致;
　　第二部分包括第四章和第五章，它首先通過數(shù)值模擬對相對論返波管振蕩進行了設計，在返波管為七腔結(jié)構(gòu)(腔的平均半徑為1.527cm，腔的深度0.375cm，軸向周期1.7cm)、電子束為環(huán)形電子束(電子束束環(huán)平均半徑為0.95cm，束環(huán)厚度為1mm)、電子束束壓為900kV、電

3、子束束流為6.7kA、引導磁場為3.2T時，得到輸出微波功率約為1.2GW，輸出微波的頻率為9.4GHz，束波轉(zhuǎn)換效率約為20％;然后對相對論返波管振蕩進行了實驗研究，二極管電壓約為790kV、電流約為6.7kA并以100Hz重復頻率運行時得到了微波輸出功率為1.4GW、微波頻率為9.4GHz、微波脈寬為30ns、束波轉(zhuǎn)換效率為26％且100次波形之間分散性較小的實驗結(jié)果;
　　第三部分包括第六章和第七章，首先對低磁場返波管振蕩器

4、的數(shù)值模擬，當電子束束壓為760kV、束流為7.2kA、引導磁場強度為0.73T時，輸出微波功率約為1.2GW、微波頻率約為9.3GHz，微波模式為TM01，束波轉(zhuǎn)換效率約為25％;然后對低磁場返波管振蕩器進行了實驗研究，當引導磁場強度為0.68T、電子束束壓為740kV、總電流為12kA、束流為7kA時，低磁場返波管振蕩得到頻率為9.1GHz、功率為1.15GW、模式為TM01模、脈沖半高寬越22ns的微波輸出，器件的束波轉(zhuǎn)換效率約為