8mmte02基波回旋速调管分析与模拟

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1、8mmTE02基波回旋速调管分析与模拟【摘要】：本文对34GHz、TE02基波回旋速调管的输入系统、介质加载高频谐振腔系统进行了理论分析，对该模式的耦合系数和起振电流进行了分析和计算，建立了回旋速调管粒子模拟模型，同时进行了整管设计并通过PIC粒子模拟进一步优化设计，在工作电压70KV，工作电流18A,磁场1.36T，模拟得到输出峰值功率为500KW、带宽400MHz，效率47%，增益30dB的高功率回旋速调放大器，整管工作稳定。关键字回旋速调管；粒子模拟；TE02模，毫米波放大器DesignandSi

2、mulationof34GHz，TE02GyroklystronAbstractThetheoreticalanalysisofinputsystemandabruptcavitiesloadedwithabsorberof34GHz，TE02,base-wavegyroklystronispresented.TheCouplingcoefficientandresonancecurrentofthegyroklystronisanalyzedandcalculated.Thesimulatedmode

3、lofthegyroklystronisfounded.The34GHz，TE02gyroklystronisdesigned.PICmethodisusedtosimulatethisgyroklystron，theresultshowsthatthisgyroklystroncanproduceanoutputpeakpowerof500KW，400MHzband，30dBgainand47%maximumefficientat34GHzwhenworkvoltage70KV，workelectri

4、ccurrent18Aandmagneticfield1.36T.Keywordsgyroklystron;PIC;TE02;Highpower;millimeter-waveamplifier1理论分析与设计TE02基波回旋速调放大器模型如图1所示，回旋电子注如图2所示。四腔的选择有利于增加回旋速调管的带宽。电子枪为双阳极磁控电子枪％，提供横纵速度比1.45、速度零散4.5°%的高质量回旋电子注。回旋电子注在输入腔受到输入TE02模高频场的调制，逐渐形成电子角向群聚，随后在群聚腔中建立起高频场，加深电

5、子的角向群聚，最后在输出腔和输出行波段进行强烈的注-波互作用，辐射出放大的TE02高功率34GHz的TE02基波回旋管工作电压为65KV，工作电流12A，而互作用磁场为1.36T。对于弱相对论、小回旋、圆柱谐振腔的回旋速调管，其注-波耦合系数为：付，＜2(W尸(W(2)其中s为谐波次数，＜为截至波数，为电子引导中心半径，为拉莫半径，人为S阶贝塞尔函数。相应模式的耦合系数如图3,可见当z;=0.26/;时，rw为谐振腔半径，耦合系数最大，同时"竞争模式7^2的耦合系数最大、7^，耦合很强。通过腔i优化和介

6、质加毫米波。图1棊波回旋速凋放大器模型图2回旋电了注1.1输入枪分析与设计对TE02基波回旋管,电子回旋脉塞(ECM)谐振条件：(1)式中0)谐振腔角频率，/C为轴向波数，K电子漂移速度，8=^/(%/。)为电子回旋角频率，裁可对这些竞争模式进行了有效的抑制。其中S为谐波次数，t为截至波数，•，为电子引导中心半径，为拉莫半径，人为S阶贝塞图3耦合系数与归一化图4工作模和相应模式引导rw为谐振胶半柃输入系统采用矩形波导TE10模式输入，在外同轴谐振腔内激励起TE811模式，然后经四条狭缝在内圆柱谐振腔中建

7、立起TE021的图5输入腔结构图对内圆柱谐振腔两端的突变结构应用场匹配分析方法'求得两端的复反射系数，如图6,其模为幅值反射系数，幅角为两端反射相移01、02,反射相移在开孔半径为5mm时有极小，随开孔半径的继续增加，反射相移减小，两端开孔谐振腔的谐振条件为：H七H池(3)当工作频率为34GHz,谐振腔长L与半径r之间的关系如图7,TE02模在34GHz的截止半径为9.8mm，综合考虑内圆柱谐振腔半径定为10.3mm，则腔长为12.4，幵孔半径为5mmor(ran)图6反射相移图7腔K与半径之间的关系外

8、同轴谐振腔与内圆柱谐振腔之间的厚度仅为0.3mm,因而外同轴谐振腔的内半径为10.6mm，而外半径增大传播相移也将相应增大，同时谐振腔长度减小，综合考虑耦合效率和模式纯度，外同轴腔外半径将为15mm。(a)(b)通过HFSS软件对设计的输入腔进行模拟验证，如图8,有效的抑制了寄生模式的振荡，提高了模式转换效率和纯度，内腔在400MHz范围内能量百分比大于60%,达到了速调管对输入腔带宽的要求，同时由于耦合狭缝对谐振频率的影响，在初步设计时