论文部分内容阅读
高功率毫米亚毫米波源，在雷达、等离子体加热、高能加速器、通信等方面，有着重要的应用前景，一直以来受到各国的重视。建立在电子回旋脉塞机制上的器件—回旋自谐振脉塞，能够长距离维持谐振条件，从而获得高功率及效率。基于此优点，近年来，对其在理论、实验，及计算机模拟上已经做了大量的分析，并且取得了相当的进展。随着功率的不断提高，器件的散热成了一个难题；同时，所设计的波导腔尺寸较小，因而加工上也面临着一些困难。解决这些问题的一个方法就是采用体积较大的腔体，这就需要器件工作在高次模式下。但是，此时腔体内的模谱较密，激烈的模式竞争使器件的工作性能不稳定。解决这个困难的方法之一就是使用同轴波导。在圆柱腔体内插入一个内导体将会使工作模式附近的模谱变稀，从而有效的抑制模式竞争。这就是本文要研究的主要对象—同轴波导回旋自谐振脉塞放大器。 首先，从一般波动方程出发，推导出了圆柱腔回旋自谐振脉塞放大器的自恰理论模型，该理论模型可以反映波导腔中的波束互作用过程。基于该模型，编写了圆柱腔回旋自谐振脉塞放大器单模波束互作用计算程序，并对麻省理工学院的一个实验进行了非线性模拟。在考虑和不考虑摇摆器作用的两种情况下，与文献结果比较一致，从而也证实了程序的可靠性。 其次，构造了同轴波导回旋自谐振脉塞放大器的自恰理论模型。在前面工作的基础上，编写了相应的自恰非线性模拟程序。根据线性理论得到的一组参数，用该程序对工作模式为TE28，16，频率为140GHz的同轴回旋自谐振脉塞放大器进行了数值模拟，非线性计算的结果证实和补充了线性理论得到的结论。进而分析了电子束导引中心半径、加速电压、纵向导引磁场、电子束电流对饱和功率及互作用效率的影响。优化参数后得到的饱和功率达679.06kW，互作用效率为14.9％。在此参数下，进而考虑电子速度离散对器件性能的影响。结果发现，较小的速度离散将会引起输出功率的大幅度下降。1.5％的速度离散导致饱和功率下降到300kW左右。