S波段軸向輸出相對(duì)論磁控管的研究.pdf

1、磁控管之所以被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、能源等領(lǐng)域中，是因?yàn)樗墚a(chǎn)生很高的輸出功率、電子轉(zhuǎn)換效率高、相位穩(wěn)定。至今為止，磁控管依然是主要的高功率微波源(HPM)之一。為了滿足需求，需將它在大電流方向進(jìn)行拓展，相對(duì)論磁控管(RM)得以發(fā)展起來(lái)。然而，在相對(duì)論磁控管發(fā)展的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，它的效率低的問(wèn)題沒(méi)有得到關(guān)注。傳統(tǒng)的磁控管一般采用徑向提取能量的方式，即在諧振腔的位置開(kāi)一個(gè)或多個(gè)槽，然后再用波導(dǎo)耦合出能量。這種徑向提取能量的特點(diǎn)，使得磁控管裝置體

2、積非常大，磁場(chǎng)系統(tǒng)也占用很大空間。為了滿足現(xiàn)在對(duì)器件小型化的需求，一些學(xué)者提出了軸向輸出相對(duì)論磁控管(MDO)模型。較之傳統(tǒng)的相對(duì)論磁控管，MDO有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，在結(jié)構(gòu)上，MDO是在軸向漸變延伸，輻射能量，不需要在徑向開(kāi)槽，所以在角向是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。其次，省去了復(fù)雜的徑向提取能量裝置，從軸向上直接輻射能量可以簡(jiǎn)化磁場(chǎng)系統(tǒng)，具有小型化的特點(diǎn)。再次，MDO在角向的對(duì)稱(chēng)性，使得它可以工作在任何模式，并且，根據(jù)提取能量方式的不同，可以選擇需要的輸

3、出模式，能量提取裝置還起著模式轉(zhuǎn)換的作用。最后，可以大功率提取微波能量，避免了徑向輸出能量時(shí)的微波擊穿問(wèn)題和一些參數(shù)限制，改善了普通相對(duì)論磁控管效率低的問(wèn)題。
　　為了滿足小型化的需求、避免效率低對(duì)磁控管造成的一些不利影響，本文對(duì)MDO進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。磁控管的諧振系統(tǒng)選用研究的比較多的A6型磁控管，陽(yáng)極腔半徑、高度、陰極半徑都采用它的經(jīng)典尺寸。喇叭天線部分采用槽型輸出結(jié)構(gòu)，采用理論和模擬相結(jié)合的研究方法。對(duì)磁控管的理論進(jìn)行分析，在

4、此基礎(chǔ)上分析了MDO的一些特性、輻射模式和能量提取方式的關(guān)系。選擇三腔輸出結(jié)構(gòu)，此時(shí)輻射的模式是TE01模。使用我國(guó)開(kāi)發(fā)的粒子模擬軟件CHIPIC對(duì)初步設(shè)計(jì)的MDO進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)磁控管進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后效率最高達(dá)到22.9％，考慮到透明陰極可以加快π模的起振，提高效率，所以將普通陰極改成透明陰極。改成透明陰極后，繼續(xù)對(duì)磁控管進(jìn)行優(yōu)化，最終得到一個(gè)輸出功率為436MW，
　　電子轉(zhuǎn)換效率為46.2%，工作頻率為2.867GH