高功率毫米波返波管器件研究.pdf

1、返波管是輸出功率最高的微波器件之一，也是基于超輻射機理的毫米波微波器件中功率和功率轉(zhuǎn)換效率最高的器件。 本論文分為三個部分，第一部分(第二章)研究的是相對論返波管的非線性理論，第二部分(第三章，第四章)是研究普通受激輻射毫米波返波管，第三部分(第4章)是對兩種基于超輻射機理的毫米波返波管進行粒子模擬。 本文在一系列假設條件下，給出相互作用區(qū)的電磁場表達式。在考慮反向波和同步波都與電子束相互作用條件下，利用Maxwell方

2、程組推導出了相對論返波管的自洽非線性工作方程組。在MATLAB軟件平臺上編制了計算程序，計算出反向波包絡隨歸一化長度之間的關系曲線，驗證了方程組的正確性。 對普通受激輻射毫米波返波管進行粒子模擬和優(yōu)化設計，在電子束參數(shù)：電壓170kV、電流800A、脈沖寬度4ns情況下，得到毫米波輸出功率25MW、脈沖寬度3ns、效率21％和輸出模式為TM01。并給出了歸一化輸出功率與電子束半徑和引導磁場的關系曲線。在第四章對上述模擬結(jié)果進行了

3、實驗驗證，獲得了如下的實驗結(jié)果：在陰極外半徑為2.25mm、陰陽極之間的距離為3.5mm、二極管電壓～175kV，電流～785A情況下，獲得最大輻射功率～18MW、脈沖寬度～3ns、輸出模式為TE11單一輻射模式，功率效率～12.9％，在重復頻率10Hz情況下進行了運行。粒子模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致，得到較好的實驗結(jié)果，標志國內(nèi)首次研制成功高功率窄脈沖重復頻率的毫米波源。 最后部分對基于超輻射機理的返波管進行了粒子模擬。對基于

4、超輻射機理的毫米波返波管(D/λ=1)進行了粒子模擬，得到優(yōu)化設計結(jié)果：電子束參數(shù)～200kV、電流～800A、脈沖底寬～1.2ns、上升前沿和下降沿都～0.1ns和引導磁場強度～3.7T，模擬得到輸出功率～75MW、脈沖寬度～350ps、頻率～36.5GHz、輸出模式為TM01.模和功率效率～47％。并給出了歸一化輸出功率與引導磁場、電子束半徑、電子束厚度、電子束脈沖寬度、二極管電壓上升前沿、電子束電流和電子束電壓之間的關系曲線。首次