X波段低磁场高效率返波振荡器的研究

【摘要】：本文主要研究了X 波段低磁场、高效率波纹返波振荡器,围绕以下一些工作展开: (1) 从研究非均匀慢波结构入手,详细讨论了非均匀慢波结构的特性,从波纹幅值和波纹周期这两个波纹慢波结构的重要参量角度阐述了非均匀慢波结构对改善电子注与电磁慢波的互作用效率,提高返波管输出功率的作用。进而建立了非均匀波纹慢波结构返波管的线性理论,给出非均匀慢波结构返波管中起振电流的计算表达式。 (2) 接着讨论了大尺寸慢波结构返波管的模式竞争问题,介绍了几种常见的模式选择手段。重点分析了谐振式反射腔模式选择器,给出了一种谐振反射腔的设计方法、设计过程,并对设计出的带谐振反射腔的RBWO 进行了粒子模拟。该部分的工作主要是与下文的一种具有优异性能的同轴波纹返波管进行比较。 (3) 重点分析了同轴波纹慢波结构的高频特性,主要从色散曲线的角度研究了该结构中的TM01模式的传输特性。详细研究了波纹幅值,波纹周期长度,内置同轴导体半径对返波管高频特性的影响。紧接着建立了同轴波纹RBWO 的线性理论,用粒子模拟的方法研究了电子注参数,如电压,电流,电子注位置,电流密度,聚束磁场对返波管输出功率,工作频率的影响。 研究结果表明该种器件具有一系列突出优点,同轴结构中内导体的存在使系统截止频率显著升高,故系统尺寸可比普通波纹波导慢波系统大得多,具有很大的功率容量,并且可以采用大半径电子注,在工作电流不变的情况下空间电荷效应大幅度降低,因而可工作在低磁场状态。同轴波纹波导内场分布也有利于实现高效的注波互作用,聚束磁场仅需要数千高斯,该种器件是一种很有前途的高功率微波器件。