S波段相對(duì)論速調(diào)管高效率微波提取技術(shù)研究.pdf

1、相對(duì)論速調(diào)管放大器（RKA）是一種輸出功率在吉瓦(GW)量級(jí)的微波器件，其電子束產(chǎn)生、束波互作用、微波提取、電子束收集是在不同區(qū)域中完成的，具有高功率、高增益、高效率、幅度和相位穩(wěn)定的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、微波武器等領(lǐng)域，具有極大的軍用和民用前景。目前國內(nèi)設(shè)計(jì)的RKA的微波提取效率還比較低，為獲得較高的輸出功率，通常是給陰極提供很大的發(fā)射電壓和電流，這需要性能更高的加速器。因此，設(shè)計(jì)出微波提取效率更高的 RKA不僅能夠提高輸出功率

2、，而且有利于減小系統(tǒng)體積和重量。輸出腔對(duì)于RKA的效率有重要影響。輸出腔提取效率的高低，直接影響整管的效率。本論文主要研究了S波段的RKA輸出腔，推導(dǎo)了輸出腔的電子效率計(jì)算式，設(shè)計(jì)了雙間隙輸出腔和單間隙輸出腔模型，計(jì)算了高頻特性和粒子模擬。最后設(shè)計(jì)了二次提取腔，并進(jìn)行了粒子模擬仿真。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先分析了輸出腔的等效電路模型。以一維電子圓盤模型大信號(hào)理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了輸出腔束波轉(zhuǎn)換效率關(guān)系式，重點(diǎn)分

3、析了單間隙輸出腔和雙間隙輸出腔的電子效率表達(dá)式，并分析了多個(gè)變量對(duì)電子效率的影響。
　　利用常規(guī)大功率速調(diào)管放大器的設(shè)計(jì)思路，分析了RKA輸出腔主要性能指標(biāo)及參數(shù)選取，包括直流電子束參數(shù)、電子束聚焦參量、諧振腔的參數(shù)等。
　　研究了雙間隙和單間隙輸出腔的封閉腔高頻特性，分別計(jì)算了本征模諧振頻率及場(chǎng)分布，之后對(duì)封閉腔開了耦合孔，設(shè)計(jì)出了雙間隙輸出腔、單間隙輸出腔的開放腔，計(jì)算了它們諧振頻率、場(chǎng)分布、有載Q值(QL)及特性阻抗R

4、/Q等參數(shù)。
　　利用粒子模擬程序，對(duì)雙間隙輸出腔的封閉腔和開放腔分別進(jìn)行了模擬，觀察了一些高頻特性及微波提取情況，分析了雙間隙提取腔對(duì)電子束提取后電子束剩余能量的分布。根據(jù)電子束剩余的能量確定了電壓值并利用此電壓作為重要參量設(shè)計(jì)了單間隙輸出腔，分析了其冷腔及熱腔特性。最后設(shè)計(jì)了一種二次提取腔，并對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行了PIC模擬和優(yōu)化。模擬結(jié)果表明，利用電壓和電流分別為900keV、7.5kA的電子束，電流調(diào)制深度100％，外加1.2T的