同軸相對論返波振蕩器跨X、Ku波段調頻機理及實現(xiàn)方法研究.pdf

1、相對論返波振蕩器是發(fā)展較成熟的振蕩器型高功率微波源之一，具有高功率、高效率以及適合重頻運行等特點，在國防和工業(yè)領域有著廣泛的應用前景。頻率可調諧是相對論返波振蕩器的重要發(fā)展方向之一，相關研究取得了較大進展，但存在調諧帶寬窄、調諧方式復雜等不足。本文研究了一種跨X、Ku波段調頻相對論返波振蕩器，僅改變內導體的長度即可實現(xiàn)跨波段微波輸出，在各波段內均有一定的調節(jié)帶寬，調節(jié)方式簡單易行。論文的研究內容包括以下幾個方面：
　　首先，對同軸

2、慢波結構跨波段調頻機理進行了系統(tǒng)的研究。利用電磁軟件仿真與數(shù)值求解兩種方法求解了同軸、空心慢波結構的色散曲線，通過合理選擇電子束與慢波結構參數(shù)，選用不同的工作模式，可以將工作頻率選擇在不同的波段，闡明了跨波段調頻的機理。設計了跨三波段調頻冷腔電磁結構，僅通過增刪內導體，實現(xiàn)了跨C、X、Ku波段調頻，驗證了實現(xiàn)跨波段調頻的可行性。考慮到在線調頻實現(xiàn)的可行性，重點研究了跨 X、Ku波段調頻冷腔電磁結構的高頻特性：通過橫向模式選擇，選擇工作模

3、式為同軸TM01模（Ku波段）、空心TM01模（X波段）；通過縱向模式選擇，采用同軸提取結構，提高工作模式的品質因子，可在慢波結構較短的情況下提高束波作用效率。
　　其次，利用粒子模擬方法對器件跨波段調頻機制進行了深入研究。著重分析了內導體長度和頻率調節(jié)特性之間的關系：內導體長度在0-8.4cm范圍內改變時，微波頻率在10.55-10.64GHz（X波段）范圍內可調，3dB調諧帶寬約1％；內導體長度在8.5-11.7cm范圍內改變

4、時，微波頻率在12.51-12.62GHz（Ku波段）范圍內可調，3dB調諧帶寬約1%。僅改變內導體的長度，在二極管電壓680kV、電流12.8kA、導引磁場4T的條件下，得到典型模擬結果：同軸結構，輸出微波頻率12.58GHz（Ku波段）、功率2.25GW、效率25.9%；空心結構，輸出微波頻率10.61GHz（X波段）、功率2.20GW、效率25.3%?；诖?，改變內導體以外的參數(shù)，進一步提高束波作用效率，優(yōu)化后的結果為：同軸結構，

5、輸出微波頻率12.09GHz、功率2.67GW、效率41.5%；空心結構，輸出微波頻率9.92GHz、功率3.02GW、效率34.5%。探討了器件低磁場條件下工作的可行性，結果表明在不影響器件工作性能時，導引磁場可以降低到約2T。
　　最后，利用高頻場仿真軟件對跨 X、Ku波段輻射系統(tǒng)進行了初步設計。傳輸系統(tǒng)采用兩排、每排12根支撐桿，對10.61GHz和12.58GHz兩個頻點的傳輸系數(shù)大于0.810。針對上述兩個頻點，設計了模