高增益相對(duì)論速調(diào)管放大器自激振蕩機(jī)理及抑制技術(shù)研究.pdf

1、高功率微波器件受其結(jié)構(gòu)和功率容量的影響，其峰值功率受到限制。要實(shí)現(xiàn)更高的輻射功率，目前可行的技術(shù)路線是多臺(tái)高功率微波器件的合成。由于相對(duì)論速調(diào)管放大器具有高增益、高功率以及相位和頻率穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管放大器是目前實(shí)現(xiàn)該技術(shù)路線的優(yōu)選微波器件之一，但這種器件在高增益條件下很容易產(chǎn)生自激振蕩問題，嚴(yán)重影響器件的工作特性。論文基于一個(gè)四腔S波段強(qiáng)流高增益相對(duì)論速調(diào)管放大器進(jìn)行了自激振蕩產(chǎn)生機(jī)理及相關(guān)抑制技術(shù)的理論分析、粒子模擬和

2、實(shí)驗(yàn)研究。
　　論文根據(jù)單腔振蕩和腔間耦合振蕩的機(jī)理，(1)分析了單腔自激振蕩的物理過程，并給出相對(duì)論速調(diào)管中各諧振腔的渡越角范圍;(2)分析了腔間耦合導(dǎo)致自激振蕩的物理過程，給出了高次模起振電流與器件結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，并給出了提高起振電流抑制高次模產(chǎn)生的措施，該措施為:通過調(diào)節(jié)中間腔之間的漂移管長(zhǎng)度（漂移管長(zhǎng)度要同自激振蕩模式諧振長(zhǎng)度失配）、降低中間腔的Q值提高高次模起振電流和在漂移管中加載吸波材料截?cái)喔叽文５膫鞑ネ緩絹硪种谱?/p>

3、激振蕩，從而實(shí)現(xiàn)腔間耦合的抑制，(3)通過PIC粒子模擬不僅驗(yàn)證了該措施的有效性，同時(shí)在kW注入微波條件下，模擬獲得了增益大于60dB，功率3GW的高功率微波輸出。
　　關(guān)于強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管放大器中回流電子問題，該問題主要涉及器件輸出腔設(shè)計(jì)、注入微波功率和電子束等參數(shù)的優(yōu)化，論文從四個(gè)方面進(jìn)行研究:(1)從理論上推導(dǎo)出回流電子所受約束力的表達(dá)式，該式很好地解釋了電子回流過程中容易發(fā)散的現(xiàn)象;(2)研究了回流電予產(chǎn)生的機(jī)理，給出了電

4、子的回流與輸出腔間隙電壓、電子進(jìn)入輸出腔間隙時(shí)的初始相位和初始動(dòng)能的關(guān)系;(3)分析了回流電子在末前腔引起自激振蕩的回流電流強(qiáng)度和相位條件。(4)模擬分析了注入微波，電子束，器件結(jié)構(gòu)等參數(shù)變化對(duì)電子回流的影響，給出了抑制回流電流引起的自激振蕩的措施，即調(diào)節(jié)注入微波、腔體結(jié)構(gòu)，電子束等等參數(shù)的控制回流電子強(qiáng)度，以及提高末前腔回流電流起振閾值抑制自己振蕩，并在模擬中得到了驗(yàn)證。
　　論文結(jié)合抑制自激振蕩的措施，利用PIC程序完成了S波

5、段3GW高增益強(qiáng)流RKA的模擬設(shè)計(jì)，在電子回流和腔間耦合自激振蕩達(dá)到抑制的基礎(chǔ)上，當(dāng)注入微波2.3kW，電子束電壓電流分別為1MV，12.5kA條件下模擬獲得功率3GW，增益61dB，效率24％的穩(wěn)定微波輸出，同時(shí)將電子束參數(shù)900kW,8kA，1.3kW注入下獲得2.05GW，效率28.5％，增益的RKA器件在LTD加速器平臺(tái)開展了微波器件實(shí)驗(yàn)，(1)實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了自激振蕩抑制措施的有效性，(2)在注入微波功率為10kW級(jí)，電子束參數(shù)為