腔体回旋脉塞器件的研究

【摘要】： 回旋脉塞器件——回旋管作为大功率毫米波源，在等离子体加热、线性加速器、雷达、通信及电子对抗等领域有着广泛的应用前景，由此受到了国际上的高度重视，特别是近二十年来，回旋管得到了快速的发展，并成为研究的热门方向。在国内，中国电子科技大学在70年代后期，刘盛纲院士开辟了回旋脉塞器件的研究方向，以后李宏福教授带领下的课题组也对回旋管进行了大量研究工作，并在“九·五”期间，成功地研制出了世界上第一支8mm三次谐波永磁包装回旋管。近来，该课题组又开始了回旋管中的一种放大器件——回旋速调管的研究。无论是回旋振荡管或是回旋速调管，都是利用回旋电子注与驻波场的相互作用。本论文就是结合该课题组的“九·五”重点项目“8mm三次谐波永磁包装回旋管技术的研究”及“十·五”重点项目“8mm高功率回旋速调管技术的研究”，对以谐振腔为互作用高频系统的回旋脉塞器件中两种典型的器件——回旋振荡管及回旋速调管中电子注与驻波场的互作用进行了深入细致的探讨和研究，其中回旋振荡管采用的是渐变复合腔。主要工作如下： 一、在多模情况下，利用模式耦合理论，对渐变结构复合腔的高频特性进行了研究，详细地分析了渐变复合腔中电波模式对高频特性的影响。另外详细研究了渐变复合腔中渐变段角度θ_2对高频特性的影响。 二、在渐变复合腔回旋管多模自洽非线性理论的基础上，编制了高次谐波渐变复合腔回旋管多模注—波互作用自洽非线性模拟软件，并对8mm波段三次谐波渐变结构复合腔回旋管的注——波互作用进行了大量的自洽非线性数值模拟计算与研究，进而分析了电子注的厚度、速度零散、速度比α值、磁场波动、腔体尺寸的加工误差等等多种因素对互作用效率的影响。 三、在数值模拟研究的基础上，设计了用于永磁包装的8mm波段三次谐波渐变结构复合腔回旋管互作用腔体及有关工作参量，并进行了测试。 四、建立了两腔回旋速调管的非线性模型与理论，探讨了调制腔及输出腔中注—波互作用的研究方法。并对34GHz两腔回旋速调管的注—波互 摘要 作用进行了大量的数值模拟研究，分析了漂移区长度、电压、电流、速度 LhQ值、磁场k，；、注入波功率等多种因素对互作用电子效率及增益的影响。 五、建立了多腔回旋速调管的非线性模型与理论，探讨了中间腔中注一 波互作用的研究方法。对34GHZ三腔及四腔回旋速调管的注－“波互作用进 行了大量的数值模拟计算与研究，并与两腔回旋速调管进行了对比分析。