高功率磁絕緣線振蕩器研究.pdf

1、磁絕緣線振蕩器(MILO，Magnetically Insulated Transmission Line Oscillator)是一種GW級的低阻抗正交場振蕩器(crossed-field oscillator)。它不需要外加磁場，其內(nèi)部產(chǎn)生的直流磁場阻止電子從陰極發(fā)射到陽極。這種自絕緣機(jī)制杜絕了陰陽極間的電子擊穿，允許較高的外加電壓和較高的輸入功率。由于無需外加引導(dǎo)磁場，使得MILO在器件小型化、結(jié)構(gòu)緊湊化等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

2、MILO成為目前高功率微波器件研究的熱點(diǎn)之一。本論文從MILO工作原理入手進(jìn)行理論分析，對MILO的高功率運(yùn)行進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
　　1.介紹了高功率微波源研究背景，對MILO發(fā)展的歷史作了簡要回顧。闡述了目前國內(nèi)外MILO研究的現(xiàn)狀與未來趨勢并簡要說明了MILO的基本工作原理。
　　2.從MILO工作原理入手，分析器件中束波作用機(jī)理。根據(jù)MILO的工作特性進(jìn)行理論分析，

3、總結(jié)出了MILO設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)參數(shù)的選取方法。
　　3.對L波段高功率MILO進(jìn)行數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)研究。對已有L波段階梯陰極型MILO進(jìn)行模擬優(yōu)化，在輸入電壓568 kV，電流53.3 kA的條件下，得到5.5 GW的微波輸出，工作頻率1.2 GHz，功率轉(zhuǎn)換效率為18.2％。開展了高功率MILO的實(shí)驗(yàn)研究。首先介紹了L波段高功率MILO的實(shí)驗(yàn)研究。典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果為在工作電壓675 kV，電流59 kA條件下輸出微波功率2.59 GW，

4、頻率為1.23GHz，功率轉(zhuǎn)換效率6.5％，微波脈寬15 ns。實(shí)驗(yàn)測得微波功率偏小，脈寬相對絞窄。分析了天線功率容量不足是導(dǎo)致輸出微波功率偏小以及脈寬較窄的主要原因，設(shè)計(jì)出了滿足高功率MILO功率容量要求的TEM-TM01模式轉(zhuǎn)換器及輻射系統(tǒng)并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終得到了大于3 GW，脈寬約50ns的高功率微波輸出。
　　4.提出了一種四腔階梯陰極型MILO并進(jìn)行了初步研究。先對L波段四腔階梯陰極型MILO進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果顯