94 GHz二次谐波渐变复合腔回旋管研究

《94 GHz二次谐波渐变复合腔回旋管研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2009年5月四川师范大学学报(自然科学版)May，2009第32卷第3期JournalofSichuanNormalUniversity(NaturalScience)Vo1．32．No．394GHz二次谐波渐变复合腔回旋管研究牛新建，许乐，王丽，李宏福(1．电子科技大学物理电子学院，四川成都610054；2．四川师范大学信息网络中心，四川成都610066)摘要：对94GHz二次谐波渐变复合腔回旋管进行了系统的理论与实验研究，所研制的回旋管采用渐变结构复合开放式互作用腔、双阳极磁控注入电子枪及内置TE。，一TE一1’E。。模式转换器

2、，并兼作回旋管收集极作用．设计、研制与测试了94GHz二次谐波渐变复合腔回旋管，在注电压51kV和注电流11．8A下得到156kW的脉冲输出功率，工作频率94GHz，工作模式对T一TE。，平均输出功率3．05kW，效率26％．关键词：94GHz；回旋管；复合腔；磁控注入电子枪；模式转换器中图分类号：TNI28；TN814文献标识码：A文章编号：1001—8395(2009)03-0377-04doi：10．3969／j．issn．1001-8395．2009．03．0240引言合腔回旋管，在注电压51kV，注电流11．8A下得到156

3、kW的脉冲输出功率，工作频率94GHz，工高功率毫米波具有波束窄、方向性强、分辨率作模式对TETE平均输出功率3．05kW，效率高、能量密度大、抗干扰与抗杂波能力强等特26％，经检测为TE。模式输出．点．要得到高功率毫米波波束，必须要有毫米波高功率发射系统，该系统包括能产生脉冲功率数百1注一波互作用分析与模拟千瓦、平均功率10kW以上的毫米波源、高功率毫所采用的渐变复合腔结构如图1所示，复合腔米波过模波导系统、模式转换与功分系统、对空辐包括两个小腔，腔I与腔II之间用渐变过渡就是渐射系统．高功率毫米波源是指以相对论质量效应为变结构复合

4、腔，两小腔用突变连接就构成突变复合基础的电子回旋脉塞器件(回旋管)，包括放大器与腔．适当选择复合腔的尺寸，可以使复合腔工作在振荡器在毫米波波段能产生高脉冲功率与平均功单一的谐振模式对一，(n>n)而无其它寄率，这是其它器件不能比的．它产生的高峰值与高生谐振模式对．在复合腔的第1腔中，电子注与日平均功率微波，经过高功率毫米波过模波导的传输的驻波场作用而产生预群聚，并在第1I腔中优先激与模式转换，将回旋器件输出的毫米波模式转换成利于辐射的模式，提供给辐射系统，向空间辐射．3mm波段(94GHz)回旋管研制是高功率发射系统的关键技术之一．回

5、旋管通常采用突变或渐变复合腔结构，以抑制模式竞争和提高电子效率．渐变复合腔通过渐变段的模式耦合而使腔内模式锁定为一模式对TE。一TE∞来抑制其它模式，有利于解决腔内的模式竞争问题．若能利用管体内的收集极段将TE。，模转换为TE。。模，则回旋管可直接输出TE。模，有效缩短毫米波系统尺寸，为毫米波功率图1渐变复合腔结构示意图的远距离传输及直接使用提供便利条件．在以上基Fig．1Thestructureoftaperedcomplexcavities础上，设计、研制与测试了94GHz二次谐波渐变复励起．。模，并与之互作用，产生高频振荡引．收

6、稿日期：2009—03—05基金项目：国家863激光技术领域资助课题和大功率微波电真空器件技术国家级重点实验室基金(9140C050201)资助项目作者简介：牛新建(1969一)，男，博士，主要从事微波电子学及高功率微波技术的研究378四川师范大学学报(自然科学版)32卷复合腔中注一波互作用是将场分解成横向分量E和H与纵向分量E和，横向场可表为学一_0，(5)在腔体出口，所有传播模式必须满足E=∑∑(z)er，)，2，()∑∑l+y{)厂I=0．(6)}1m～日=∑∑g()．『lr，)，(1)在“冷”腔体计算基础上，选择合适的腔体结构

7、与几式中，e(o(r，)和(r，)为对应均匀波导电场何参量，选择足够多的“宏”电子，用四阶龙格库塔与磁场的正交归一化矢量波函数与g分别代法，联解自洽方程组(2)和(4)，并满足稳态边界条表驻波电场与磁场沿的幅值分布，∑包括腔中件(5)与(6)的情况下利用搜索稳态的优化数值模拟程序，对注一波互作用进行非线性数值模拟．一切可能存在的模式，上标i=1表电波模，i=2表互作用区~'b／m均匀磁场满足磁波模．从有电子流源的麦克斯韦方程出发，可以B=z~Jyk得到与g的普遍一阶传输线方程组，并进而B，(7)ll得到关于的二阶微分方程组式中，s为回

8、旋谐波次数，为相对论因子，叼为电子=的静态荷质比，k为略小于1的正数，不同k对应(y)+zy肌r)．+不同磁场．忽略电子的速度零散与电子注厚度，认为所有Ve]+×电子的初始回旋中心均在注一波互作用最佳耦合半{一1一da径