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内开槽同轴返波管特性的理论研究

周萍  
【摘要】: 同轴返波管具有很大的功率容量,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。同轴波导内场分布也有利于实现高效率的注波互作用,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。 在同轴返波管的实验中发现:模式TM_(01),TM_(11)以及TM_(21)的工作频率十分接近,存在模式竞争问题,使得TM_(01)不能成为稳定的工作模式,但在同轴返波管内导体加矩形开槽后,发现模式之间的间隔增大,从而使TM_(01)成为稳定的工作模式。本文以此为切入点展开了以下几个方面的研究: 1.通过仿真和数值分析,研究了同轴波导加内开槽后模式之间间隔和工作频率前后的变化情况;通过改变槽的个数和深度,得到同轴波导内开槽的优化参数。发现同轴结构加槽后工作频率降低,模式间隔没有明显增加。 2.对偏心返波管进行了仿真,研究了偏心返波管加内开槽后模式之间间隔和工作频率的变化情况;发现加槽后偏心返波管的工作频率有所降低,偏心返波管模式间隔增大较为明显。 3.详尽地分析了同轴内开槽返波管的线性理论,推出了内开槽返波管的色散方程,并进行了数值计算。 4.对同轴和偏心返波管分别进行了粒子模拟,通过改变电压、电流、电子注位置、磁场等参数来观察返波管加了内开槽前后相位空间、等位线、矢量、电压、电流、输出功率、工作频率的变化。 研究结果表明,对于同轴返波管, TM_(01)是稳定的工作模式。但是由于加工或装配的误差,系统内外导体不能完全同心,使工作模式与管子不匹配引起模式竞争问题。加槽后工作频率降低,模式间隔增大,从而模式竞争得到较好抑制,使TM_(01)成为稳定的工作模式。


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