S波段四腔相對論速調(diào)管的整管設計.pdf

1、在高功率微波器件研究中,對任意器件,其輸出功率均不可能是無上限的。而當前技術應用和研究中,對功率的需求越來越高。針對這一需求和現(xiàn)狀,提出了將多個器件疊加[1]起來的思路。因此受這種疊加思路和高功率需要的影響,速調(diào)管在高功率微波器件領域得到了廣泛的關注。目前研究的強流相對論速調(diào)管普遍采用三腔結構,三腔結構速調(diào)管不僅結構簡單、易于調(diào)節(jié),而且不容易產(chǎn)生振蕩,保證了輸出微波的穩(wěn)定性;但缺點是增益有限(~30dB)。為降低工程壓力,提高速調(diào)管增益

2、,采用的四腔高增益相對論速調(diào)管可以滿足工程應用的需求,但是面臨模式控制的技術問題。論文針對這些問題,對四腔相對論速調(diào)管進行了理論分析、粒子模擬和實驗研究。并對影響四腔強流相對論速調(diào)管輸出微波穩(wěn)定性的因素(如電子回流、高次模振蕩)進行詳細分析。
　　首先,通過空間電荷波理論,詳細描述了速調(diào)管的束腔互作用過程,分析了速調(diào)管的基本工作原理。并利用諧振腔的場建理論,結合速調(diào)管輸入腔、中間腔、輸出腔的不同功能,建立相應的等效電路模型,將束腔

3、互作用過程通過簡單的電路知識形象的描述出來。為模擬和實驗提供了形象的理論支撐。
　　其次,通過粒子模擬完成了四腔強流相對論速調(diào)管的設計。根據(jù)現(xiàn)有指標對如何適當選取電子束參數(shù)(束壓、束流、尺寸)以及聚焦磁場進行了詳細的分析;完成了輸入腔、中間腔及輸出腔的設計。并針對模擬過程中出現(xiàn)的影響輸出微波穩(wěn)定的因素進行分析。理論分析了模擬中出現(xiàn)的電子回流及高次模振蕩現(xiàn)象的產(chǎn)生原因,探索了抑制措施,并通過模擬進行了驗證。為達到既抑制電子回流和高次

4、模振蕩又不影響輸出微波功率的目的,設計了階梯結構漂移管。最終頻率2.88GHz情況下,注入微波功率為10kW時,模擬獲得了3.74GW[1]的輸出微波,效率22％,增益56dB,1dB帶寬74MHz,成功完成了四腔強流相對論速調(diào)管的整管模擬設計。
　　最后,在LTD加速器上開展了S波段四腔相對論速調(diào)管的實驗研究,并采用模擬過程中探索的抑制措施,有效抑制了電子回流及高次模振蕩。在注入微波功率為kW級、頻率2.88GHz條件下,獲得了