同軸虛陰極振蕩器基礎(chǔ)理論研究及原理性實(shí)驗(yàn).pdf

1、在眾多的高功率微波源中，虛陰極振蕩器具有一些特殊的優(yōu)點(diǎn)，如：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、微波峰值功率高、對(duì)電子束質(zhì)量要求較低等，因而容易發(fā)展成體積小、重量輕、使用可靠的實(shí)用化緊湊型高功率微波源。虛陰極振蕩器的研究吸引了各國(guó)科學(xué)家，特別是軍事科學(xué)家的廣泛重視。在過(guò)去二十多年中，出現(xiàn)了多種改進(jìn)性能的虛陰極振蕩器，如：反射三極管、Reditron、諧振腔鎖頻虛陰極振蕩器、多個(gè)虛陰極振蕩器相位鎖定裝置、雙間隙虛陰極振蕩器、各種反饋式虛陰極振蕩器等等。但是，由于虛

2、陰極振蕩器中束一波相互作用空間一般缺少對(duì)稱性，束波相互作用過(guò)程復(fù)雜、具有高度的非線性性質(zhì)，到目前為止，尚沒有得到詳細(xì)描述虛陰極振蕩確切物理過(guò)程和全面反映虛陰極振蕩器內(nèi)部定標(biāo)規(guī)律的統(tǒng)一理論。相對(duì)低的束波能量轉(zhuǎn)換效率、頻率漂移和輸出功率的不穩(wěn)定仍是虛陰極振蕩器類型的高功率微波源的主要缺點(diǎn)。同軸虛陰極振蕩器是一種采用電子束徑向發(fā)射的新型虛陰極振蕩器，它比軸向虛陰極振蕩器更有優(yōu)勢(shì)，自上世紀(jì)末以來(lái)，人們對(duì)同軸虛陰極振蕩器開展了廣泛的研究，但還是沒

3、有達(dá)到軸向虛陰極振蕩器那樣的廣度和深度。 作為深入認(rèn)識(shí)同軸虛陰極振蕩器的內(nèi)在物理規(guī)律、改進(jìn)同軸虛陰極振蕩器性能的一種努力，本論文在國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目的資助下，從理論分析、粒子模擬和實(shí)驗(yàn)三方面較為深入細(xì)致地研究了同軸虛陰極振蕩器的基本原理。本論文所做的主要工作和貢獻(xiàn)如下： 一、理論研究上，通過(guò)對(duì)比軸向虛陰極振蕩器與同軸虛陰極振蕩器的相同和異同之處，較為深入的研究了電子束在虛陰極處透射、反射的變化規(guī)律、參數(shù)依賴關(guān)系及其對(duì)束波

4、互作用效率的影響。對(duì)以往的同軸虛陰極振蕩器理論研究進(jìn)行了比較詳細(xì)的總結(jié)和補(bǔ)充。 二、以軸向虛陰極振蕩器為參照，對(duì)同軸虛陰極振蕩器進(jìn)行了較為細(xì)致的粒子模擬研究，并在總結(jié)同軸虛陰極振蕩器產(chǎn)生微波機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了一種全新的同軸虛陰極振蕩器-徑向三腔同軸虛陰極振蕩器，其輸出微波功率高達(dá)2.45GW，效率約為12％，較以往虛陰極振蕩器大大提高，其輸出微波頻譜和模式也非常純凈。 三、結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和相關(guān)專業(yè)軟件模擬的情況下，對(duì)

5、同軸虛陰極振蕩器輸出微波模式進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，提出同軸虛陰極振蕩器輸出微波模式主要由TE<,11>模式和TM<,01>模式共同組成的結(jié)論；并指出TE<,11>模式和TM<,01>模式的模比約為1：3～1：4，這個(gè)結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合的非常好。 四、對(duì)同軸虛陰極振蕩器的諧振機(jī)制進(jìn)行了分析，首次提出將同軸虛陰極振蕩器的準(zhǔn)腔結(jié)構(gòu)看作一個(gè)可變腔的理論。將陰極發(fā)射的電子束形成的環(huán)狀虛陰極看作是一個(gè)類似于金屬圓環(huán)的結(jié)構(gòu)，微波在其中既有反射