X波段同軸多注速調(diào)管優(yōu)化及仿真.pdf

1、本文對(duì)工作在TM310模式下的X波段同軸多注速調(diào)管進(jìn)行了理論分析與粒子模擬。結(jié)合CST軟件，對(duì)同軸諧振腔的特征進(jìn)行仿真和理論研究，并測(cè)試?yán)淝粎?shù)。對(duì)X波段多注速調(diào)管的理論研究，包括速調(diào)管基本原理、小信號(hào)理論、大信號(hào)理論、諧振腔理論、收集極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。其中著重分析了空間電荷波理論、場(chǎng)波互作用、以及電子原盤理論等。依據(jù)理論計(jì)算出諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)、電參數(shù)等，并分析其對(duì)注波互作用和輸出功率、頻譜的影響。此外，還研究了收集極虛陰極現(xiàn)象的起因，提出有

2、效解決方法，成功抑制住了電子回流現(xiàn)象。
　　在理論上，結(jié)合CST軟件對(duì)X波段速調(diào)管互作用段的工作特性進(jìn)行研究。其中對(duì)TM310模的研究，分為三部分：一是計(jì)算諧振腔特征參數(shù)，例如工作頻率、特征阻抗、品質(zhì)因數(shù)等，并通過CST軟件分析其與同軸諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)、漂移管結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系；二是分析速調(diào)管電參數(shù)，根據(jù)電壓、電流密度和輸入的高頻信號(hào)等計(jì)算輸出的功率、頻率。調(diào)節(jié)輸入、輸出腔以及耦合孔結(jié)構(gòu)，使之對(duì)應(yīng)合適的工作參數(shù)；三是分析TM310模

3、式下，X波段速調(diào)管諧振腔的場(chǎng)分布，同時(shí)計(jì)算間隙電場(chǎng)、耦合系數(shù)等。
　　在仿真上，采用我國(guó)自獨(dú)立研發(fā)的三維粒子模擬軟件——CHIPIC，對(duì)整管進(jìn)行仿真。研究速調(diào)管結(jié)構(gòu)參數(shù)、電參數(shù)等與輸出頻率、功率和增益的關(guān)系。通過增大耦合孔半徑將輸出功率從33.6KW提高到39KW，通過增加損耗材料，抑制腔體自激振蕩，將Q值從3000多降低至20以內(nèi)，并拓展了速調(diào)管帶寬。陰極發(fā)射6注束電流，電壓21.5KV，總電流14.5A，電流密度358KA/m

4、2。輸入頻率為9.75GHz、功率2.5W左右的高頻信號(hào)，測(cè)得輸出頻率9.75GHz，輸出功率約為100KW，濾波后輸出功率為45KW，效率約為14％，增益約為42.6dB，帶寬為200MHz。
　　此外，本文根據(jù)CST軟件的冷槍測(cè)試結(jié)果，研究了TM310模式，并引入短路桿解決了該模式的極化問題。對(duì)輸入、輸出腔場(chǎng)分布出現(xiàn)畸變的情況，本文引入調(diào)諧桿，不但使場(chǎng)分布重新恢復(fù)均勻，還增大了輸出功率。通過CHIPIC軟件里的動(dòng)量、粒子瞬時(shí)相