高功率双频相对论返波振荡器研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目高功率双频相对论返波振荡器研究学科专业等离子体物理学号201011040118作者姓名唐永福指导教师蒙林教授博导万方数据分类号密级注1UDC学位论文高功率双频相对论返波振荡器研究（题名和副题名）唐永福（作者姓名）指导教师蒙林教授博导电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业等离子体物理提交论文日期2013.03论文答辩日期2013.

2、05学位授予单位和日期电子科技大学2013年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据RESEARCHONHIGH-POWERDUAL-FREQUENCYRELATIVISTICBACKWARDWAVEOSCILLATORADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:PlasmaPhysicsAuthor:YongfuTangAdvisor:Prof.LinMengSchool:Phys

3、icalElectronics万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子

4、科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要随着高功率微波(HPM)技术在高功率、高效率、长脉冲、重复频率运行方面取得长足的进步，高功率微波源也出现了一些其他的研究发展趋势，比如说双频以及多频高功率微波源技术。双频以及多频高功率微波可以用于电子系统攻击以及各种通信系统，具有重要的学术价值和应用前景。相对论返波振荡器(RBWO)在HPM领域中占有重要的地位，具有高功率、高效率、适合重复频

5、率工作等特点，是HPM领域目前最具有发展和应用潜力的器件之一。以此为背景，本论文对双频同轴相对论返波振荡器(CRBWO)开展了全面、深入的研究，包括理论研究、数值模拟计算和粒子模拟(PIC)研究，并在实验上利用单电子束在CRBWO上实现了X波段双频输出，成功探索出采用单电子束产生双频微波的技术路径，也对CRBWO在双频以及多频领域的开拓研究奠定了理论以及实验基础。论文的主要研究工作体现在以下几个方面：1．运用场匹配原理和Fourier级数理论，推导了自洽的同轴周期慢波结构(SWS)的线性色散理论方程。理论模型适用于任意同轴周期慢波结构，考虑

6、了同轴内外双波纹结构以及内外波纹相位差，并考虑了电子束的径向厚度，相比其他模型更加接近HPM实验。分析了同轴SWS相对于空心SWS在空间电荷限制流、微波产生效率以及电子频率调谐带宽方面的优势。数值分析了实验器件模型的冷、热腔色散曲线以及微波时间增长率和耦合阻抗。研究中发现:波纹幅值相等时，外波纹同轴慢波结构的色散曲线上限截止频率比双波纹及内波纹结构的更高，色散曲线比较陡峭，更加有利于频率调谐;耦合阻抗随着波纹深度的增大而增大，随着周期长度的增大而减小;对于内外双波纹慢波结构，在腔体的横截面内，准TEM模式与TM模的-1次谐波的耦合阻抗都得到

7、了提高，可以保证电子束横截面内的电子01都进行有效的波束相互作用，提高微波产生效率;微波时间增长率随着波纹周期的增大而降低，随着波纹幅值的增大而增大;随着电子束位置靠近同轴SWS外波纹表面，表面波幅值增大，耦合阻抗增大，微波时间增长率随之增大；随着电子束流增大，微波增长率增大，有利于CRBWO的微波起振。2．提出了一种单电子束双频CRBWO模型，对其运行机制和工作特性进行了深入系统的粒子模拟研究，模拟结果显示:在引导磁场0.82T，束电压500kV，束电流8.7kA，漂移段长度L0.5mm下，模拟获得了X波段的TM模式双频微波201I万方

8、数据摘要输出，双频频率为10.06GHz和10.49GHz,并观察到了明显的拍频电场信号和功率信号;微波峰值功率2.3GW，平均功率700MW，两个频率分量的功率分别为383MW