X波段自相干高功率微波源的研究.pdf

1、目前，具有高束波轉(zhuǎn)換效率的高功率微波（HPM）源一般具有較高阻抗，要進(jìn)一步提高HPM源的單管輸出功率不僅要降低器件阻抗并提高功率容量，還要保證工作電流低于空間極限電流?；谝陨峡紤]，該論文提出并研究了 X波段自相干高功率微波源，其特點(diǎn)是能夠在一個(gè)微波源中同時(shí)輸出兩路鎖頻鎖相的高功率微波。該微波源采用了雙同軸環(huán)狀陰極，能夠同時(shí)發(fā)射內(nèi)外兩束同軸環(huán)狀電子束，同時(shí)驅(qū)動(dòng)內(nèi)外兩個(gè)子高功率微波源。其優(yōu)點(diǎn)在于不僅能夠降低整體器件阻抗、提高注入電功率的，

2、又能夠使每個(gè)子微波源工作在高阻抗?fàn)顟B(tài)，保證其工作電流不會(huì)超過(guò)空間極限電流的限制，有利于提高束波轉(zhuǎn)換效率。此外，由于該微波源包含了兩個(gè)子微波源，其功率容量也相應(yīng)得到了較大提升。綜上所述，該新型器件有望在單管內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出。
　　X波段自相干高功率的內(nèi)外子微波源分別采用多波切倫科夫振蕩器（MWCG）和三同軸速調(diào)管放大器（TKA）。其整體工作過(guò)程如下：內(nèi)子微波源產(chǎn)生的部分微波通過(guò)二極管區(qū)泄漏進(jìn)入外子微波源，作為其注入信號(hào)，外子微波

3、源會(huì)將該注入信號(hào)放大，與內(nèi)子微波源一起產(chǎn)生兩路鎖頻鎖相的高功率微波，而后由功率合成結(jié)構(gòu)合成輸出。由于這兩路相干合成的微波實(shí)際上是在一個(gè)微波源中產(chǎn)生，因此該新型微波源稱為自相干高功率微波源。
　　論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　首先，對(duì)內(nèi)外子微波源分別進(jìn)行了單獨(dú)設(shè)計(jì)與模擬分析。粒子模擬結(jié)果顯示， MWCG在二極管電壓687 kV時(shí)，輸出微波的平均功率為1.15 GW，輸出頻率9.68 GHz，功率效率22.8％；TKA在二極

4、管電壓650 kV時(shí)，輸出微波的平均功率為1.58 GW，輸出頻率為9.68 GHz，功率效率21%，增益22.4 dB。
　　然后，將內(nèi)外子微波源相結(jié)合，并對(duì)自相干高功率微波源整體進(jìn)行了粒子模擬研究。在二極管電壓687 kV時(shí)，內(nèi)外子微波源輸出微波的平均功率分別為1.20 GW和2.58 GW，頻率均為9.72 GHz，功率效率分別為28%和30%，器件整體阻抗36Ω。此外，內(nèi)外子微波源在30 ns內(nèi)實(shí)現(xiàn)鎖頻鎖相，鎖相后頻率差波