X 波段三轴相对论速调管放大器的分析与设计

研究了三轴相对论速调管放大器（TRKA）的模式泄漏和自激振荡问题,对干扰模式的电场分布进行了分析,得 知干扰模式在谐振腔中为TM21 模,而在同轴漂移管中耦合为TE21 模。针对干扰模式的传输特点采用在同轴漂移管中加 载吸波材料的方式进行抑制,通过三维粒子仿真软件分析了吸波材料的电导率和几何参数对微波吸收的影响,根据仿真 分析结果,对同轴漂移管中加载吸波材料的TRKA 结构进行了三维模拟研究,结果表明吸波材料能够很好抑制TRKA 的 自激振荡,模拟仿真实现TRKA 输出微波功率1.1GW,效率37%,增益42dB。     

相对论扩展互作用腔振荡器重复 频率稳定运行研究

 分析了相对论扩展互作用腔振荡器(Relativistic Extended Interaction Cavity Oscillator)初次实验中存在的模式竞争和重复频率运行不稳定等问题.通过改进扩展互作用腔振荡器的长度,抑制了模式竞争问题;优化设计和选择了三轴提取腔和收集极结构与材料,解决了重复脉冲REICO的高功率稳定运行问题,减轻了脉冲缩短问题,稳定运行重频从15Hz提高到100Hz,辐射微波脉宽由20ns增加到38ns.采用900kV/16kA/45ns的电子束驱动REICO,实现了峰值功率4.1GW、频率2.85GHz、脉宽38ns、重频100Hz的辐射微波稳定输出,功率效率26％,能量效率22％,辐射微波平均功率16kW.     

长脉冲相对论速调管放大器杂频振荡的分析与抑制

分析了S波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)输出微波杂频振荡和功率波形包络振荡的主要根源,采用粒子模拟程序对RKA电子束尺寸和阻抗、群聚距离、输出腔有载Q值、引导磁场、注入微波等参数的调节,有效抑制了杂频振荡. 根据分析结果开展了相应的实验研究,得到了较好的实验结果,输出微波由300MW提高到540MW,脉宽由50ns提高到120ns,辐射微波重复频率20Hz,束波转换效率30％,杂频振荡得到了有效抑制.     

强流RKA 宽带研究

理论分析了影响相对论速调管（RKA）输出带宽的相关因素,同时采用粒子模拟程序分析了RKA 输出带宽随电 子束导流系数,电子束尺寸,中间腔及输出腔参数的关系。理论分析研究表明,输出频宽主要与输出腔入口处调制电流 以及输出腔Q 值有关。模拟中器件稳定工作的参数范围内,随着器件导流系数和输出腔谐振频率对输出带宽有一定影响; 中间腔谐振频率接近注入微波最佳工作频率时,频宽有最大值;电子束尺寸,中间腔以及输出腔渡越角对输出频宽影响 较小。     

宽带相对论速调管放大器输出腔模拟设计

为了展宽相对论速调管放大器的输出段带宽,设计了一种用于S 波段、10%带宽、相对论速调管放大器输出腔 结构。该结构采用重叠模双间隙腔,该腔有两个工作模式（0 模和π 模）。采用三维程序模拟分析发现：两个腔间的圆盘 半径增大时,0 模的谐频率几乎不变,π 模的谐振频率升高即模式间隔增大;当间隙长度增大时,模式间隔减小;当输出 耦合孔的角度在一定范围内由小变大时,模式间隔增大;输出腔半径增大时, 模式间隔减小。本文通过调节以上腔体尺寸 使两个工作模式的频率部分重合增加了输出腔的工作带宽。在束压850kV、束流7.6kA、基波调制深度为90%时、调制微 波频率为2.85GHz 时,采用三维PIC 程序模拟得到2GW 的输出微波功率,3dB 相对带宽约10%。