先进毫米波高功率发射系统基础研究报告范本

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1、一、年度研究目标及研究内容（一）年度研究目标年6月至年12月对新型毫米波高功率回旋器件的关键基础进行研究，包括电子光学系统、高频系统与注■波互作用非线性理论模型进行研究；对高功率波导及准光传输与转换方法进行研究；年1月至年12月继续对毫米波高功率发射系统关键技术进行基础研究。研究各部分的设计计算软件，设计并研制出3mm（94GHz）的高功率回旋管初样管；完成相关各软件系统；年1月至年6月完善各软件系统；完成无液氮传导致冷超导系统在回旋器件的应用研究；编写GF报告，完成项目结题验收。（二）主要研究内容（1）新型毫米波

2、髙功率回旋器件的基础研究。建立完善的适合于多种回旋器件的能描述时间演化过程的注■波互作用非线性大信号理论模型，并发展相应的有自主知识产权的注■波互作用软件。建立新型注・波互作用毫米波高频系统理论模型及相应设计计算软件研究。（2）3mm波段高功率回旋管的实验研究。利用上述关于回旋器件的基础研究成果及所形成的设计计算软件系统，设计研制出3mm（94GHz）波段高功率回旋管初样管。（3）毫米波髙功率波导及准光传输与模式转换基础研究。研究波导高功率毫米波传输能力，研究将回旋器件电磁波工作模式转换成发射天线要求模式的方法，并

3、建立分析计算的理论模型及相应软件。对毫米波准光系统进行基础研究。（4）髙功率毫米波发射系统配套技术研究。加强先进无液氮的传导致冷超导磁场系统在高功率回旋器件应用的基础研究，使回旋器件与整个发射系统有更好的起动性能。（三）预期成果形式毫米波高功率发射系统关键技术（包括回旋器件及髙功率传输与模式转换等）的理论模型及设计计算软件；3mm波段髙功率回旋振荡管实验样管，脉冲功率大于等于10KW；GF报告。二、年度研究任务内容完成情况（一）本年度研究目标实现情况1,对新型毫米波高功率回旋器件的关键基础进行了研究，研究了双阳极电

4、子光学系统、高频系统与注■波互作用非线性理论模型；建立了相应的分析计算理论模型及软件。2,对高功率波导模式转换进行了研究；研制出了通用波导模式转换软件及HO3・HO2、H02-H01内置模式转换器，Hoi-Hn模式转换器。3,研制出3mm（94GHz）的高功率二次谐波回旋管初样管；完成4特斯拉磁场的传导致冷超导系统研制，使整个发射系统具有更好的机动性能。（二）本年度研究内容、技术指标完成情况1、新型毫米波髙功率回旋器件基础研究首先建立了注■波互作用自洽非线性理论模型，该理论适合多种注•波互作用高频结构，以此理论模型

5、为基础，编制完善了有自主产权的能动态显示的注■波互作用优化程序软件。将互作用髙频系统中的场用相应波导中场的正交矢量波函数展开，从Maxwell方程组的出发，可得到有源的传输线方程，经过复杂推导，可得到有电子流源时的场幅值方程:警七幼爲+Z粽汕恥）•略dS+（08dzi〃（lnZ律必）dz

6、1dRyN）Idz~RdzriJmp，｛，M）2（1）ijn2呗）,7（o（ovy_d^p'+J_[fyj.』沪亦+丄空.py严）c（w）dz施”/%RdZ鴿如％t1d2R（1dR、2'Rdz1,Rdz丿+2VV£（门广⑴（门Z

7、jZjJJ（〃铲）（〃”）f=lmpi1船丿p（/）（r）Rdzhidz{m，）利用上面方程与相对论电子运动方程，编制了多模耦合及多模与电子注互作用自洽的，可自动进行优化的非线性注■波互作用程序软件。利用上述软件，对3mmH02-H03二次谐波渐变复合腔回旋管进行大量注•波互作用计算，其复合腔的几何结构如图1示。图1渐变结构复合腔几何结构在不同磁场系数下，其具体效率曲线如图2：0.26-0.24・0.22-0.20--0.18--0.16--0.14・6—■—0.959-•-0.960—▲0.961—▼—0.963

8、♦0.965—<—0.9670.969-•-0.970-*-0.973•-0.975810121416182022242628I/A图2注一波互作用效率与电流关系从图2看到，对3mm波段二次谐波渐变结构复合腔回旋管，选择磁场系数为0.963和电流值为14旻培时，可得到27%的互作用效率。图3表示互用作效率与磁场关系，图4为计算所得腔内髙频场幅值分布。图5为互作效率沿z的变化。言①O匸E图3磁场系数与互作用效率关系①p3_dLUVz图4腔体幅值变化曲线0.30-■0.25-0・20・0.15-■0.10-0.05-■

9、0.00--0.05・■-0.10-024ZN1卩/——l=14A,kg=0.963,q—1.6'16•1'1'81012图5互作用效率随Z的分布2、电子光学研究完善我们自主发展的磁控注入电子枪的大型数字模拟的程序软件，利用此软件，对用于二次谐波回旋管双阳极磁控注入电子枪进行了详细模拟计算，对电极形状、尺寸、阳极电压、阴极区磁场及过渡区磁场分布、电流大小等各