34ghzte02基波回旋速调管设计与模拟

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1、34GHz、TE02基波回旋速调管设计与模拟摘耍：本义对34GHz、TE02难波回旋速调管的输入系统、介质加载尚频谐振腔系统进行丫理论分析，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，同时进行了整管没计并通过PIC粒子模拟进-•步优化没计,在工作电压70KV，工作电流18A，磁场1.36T，模拟得到输出峰ff(功率为600KW、带宽400MHz,效率47%,增益30dB的高功率冋旋速调放大器，格管工作稳定。关键字：M旋速调矜；粒子模拟；TE02模，奄米波放大器DesignandSimulationof34GHz，

2、TE02GyroklystronAbstract:Thetheoreticalanalysisofinputsystemandabruptcavitiesloadedwithabsorberof34GHz,TE02,base-wavegyroklystronispresented.TheCouplingcoefficientandresonancecurrentofthegyroklystronisanalyzedandcalculated.Thesimulatedmodelofthegyroklystronisfounded.The34GHz

3、，TE02gyroklystronisdesigned.PICmethodisusedlosimulatethisgyroklystron，theresultshowsthatthisgyroklystroncanproduceanoutputpeakpowerof600KW,400MIIzband,30dBgainand47%maximumefficientat34GHzwhenworkvoltage70KV,workelectriccurrent18Aandmagneticfield1.36T.Keywords:gyroklystron;P

4、IC;TE02:Highpower;millimeter-waveamplifier1引言电子回旋脉寒不稳定性于1958-1959年间由Twiss、Schneider、PantelKGaponov分別独立地提fB以來，以此为基础工作的回旋管的发展己经有近半个世纪了，经过几十年的发展回旋脉塞已发展成一类新型的亳米波、亚毫米波器件，并且己成功用于工程实际［1］［2］。作为高功率的毫米波放大器家族中的秉要一员，回旋速调管在理论上己经得到了较为深入的研究，电子科大TE01換的回旋速调管也达到丫300KW的峰值功率，其应川的范围也将十分广泛.它己经被用丁

5、•髙分辨孟达、材料处理以及高能粒子加速器等实验装置中。本文对TE02校甚波回旋速调管进行了理论分析及粒子模拟，功率容量的增加有望将I叫旋速调管的峰值功率提岛到500KW以上，使回旋速调管向更苡功率方向发展。该研究对大功率回旋器件的理论分析、工程设计及实验研宂具有ffl耍意义。2.理论分析与设计TK02基波M旋速调放大器模型如图1所示，回旋电子注如图2所示。叫腔的选抒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:3］，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校高频场的调制，逐渐形成电子

6、角向群聚，随后在群聚腔中建立起岛频场，加深电子的角向群聚，最后在输出腔和输出行波段进行强烈的注-波互作用，辎射出放大的TE02高功率毫米波。3.输入枪分析与设计对TE02基波回旋筲，电子回旋脉塞(ECM)谐振条件：co-KV«co(1)a*2C式中o谐振腔角频率，厂为轴向波数，V电子漂移速度，co=eB()/(zzz()/0)为电子回旋角频率,34GHz的TE02基波回旋管T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M旋、圆杵谐振腔的M旋速调管，M注-波耦合系数为：A=A2(W2(k)(2)其中s为谐波次数，々

7、为截至波数，r为电子引导中心半ca径，Z/•为拉莫半径，为S阶贝塞尔蚋数。相应模式的耦合系数如阁3,可见当&=0.26/;时，耦合系数«大，同时竞争模式的耦合系数最大、7^^耦合很强。通过腔体优化和介质加载可对这些竞争模式进行了有效的抑制。r.lr.阁3耦合系数与归一化引导中心阁4工作梭和相应模式色敗关系(rw为谐振腔半径)输入系统采川矩形波导TEio模式输入，在外同轴谐振腔内激励起TEsn模式，然后经四条狭缝在内圆柱谐振腔中建立起TE021的工作模式。阁5输入腔结构阁对内圆柱谐振腔两端的突变结构应用场匹配分析方法'求将两端的兌反射系数，如图6

8、,其模为幅值反射系数，幅角为两端反射相移0K02,反射相移在开孔半径为5mm时冇极小，随开孔半授的继续增加，反射相移减小，两端开孔谐振腔的谐振条件为：