带状注速调管谐振腔的模拟研究

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1、·研究与设计·带状注速调管谐振腔的模拟研究阮望，王勇，丁耀根，阮存军(1．中国科学院电子学研究所中国科学院高功率微波源与技术重点实验室，北京100190；2．中国科学院研究生院，北京100039)SimulationStudyfortheCavityofSheetBeamKiystronRUANWang～，WANGYong，DINGYao—gen，RUANCun-jan(1．KeyLaboratoryofHighPowerMicrowaveSourcesTechnologies，InstituteofElectronics，ChineseAcademyofScien

2、ce，Beijing100190，China；2．GraduateUniversityofChineseAcademyofScience，Beijing100039，China)Abstract：Thesheetbeamklystronisanewkindofmicrowavevacuumdevice，whichusesahighas—pectratio，thinrectangularbeamtoreducespacechargeeffects，thespecialRFstructuretoincreasepowercapabilityandbeam—waveint

3、eractionefficiency．Inthispaper，theone—cellandthree-cellcavitiesofX—bandsheetbeamklystronwerestudied．Analysisandcalculationsoffrequencycharacteristichavebeendonebyusingthree—dimensionalelectromagneticcode，andtheuniquecharacteristicsareanalyzedanddiscussedinthispaper．Keywords：Sheetbeamkl

4、ystron；Three—cellcavity；Frequencycharacteristic；Simulation摘要：带状注速调管是采用宽高比值很大的薄矩形注来降低空间电荷效应，采用特殊的高频结构来增加功率容量，从而使注波互作用效率得到提高的一种新型微波电真空器件。本文对带状注速调管的谐振腔进行研究，通过三维电磁模拟软件分别对单间隙和多间隙谐振腔的频率特性进行了计算，并对其进行了分析和讨论。关键词：带状注速调管；多间隙腔；频率特性；模拟中图分类号：TN122文献标识码：A文章编号：1002-8935(2009)02-0021-03对于传统的轴对称功率源，其输出功

5、率与频率的大宽高比注波互作用段在高频段可以将尺寸做得的平方成反比，因而在高频段很难产生高功率输出。较大，从而可大大提高功率容量。因此，在高频波段带状注速调管为平面对称功率源，它采用长宽比值(如毫米波段)，带状注速调管有望成为很具竞争力很大的薄矩形注降低了束流内的空间电荷效应，这的高功率微波器件。20世纪90年代以来，国际上时输出功率与频率的一次方成反比，因而具有在高多家机构对其进行了较深入的研究，并取得了一些频段获得高功率微波输出的巨大潜力。进展]，而国内的研究工作才刚刚起步L8]。早在1938年，俄罗斯的Kovalenko就提出了带速调管的性能依赖于多种因素，其中

6、注波互作状注速调管的概念[1]。在随后的60多年里，美国、用系统的性能直接影响整管的性能，谐振腔是组成速调管注波互作用系统的主要部分，因此选取合适俄罗斯和法国的科学家对其进行了初步的研究，但进展缓慢L2。]。这是因为带状注速调管为非轴对称的腔体参数对于提高整管的性能是很重要的。本文对X波段带状注速调管谐振腔进行了研究，通过三结构，其电子光学系统和注波互作用系统的研究需维电磁模拟软件分别对单间隙和多间隙谐振腔的频要建立在三维仿真平台基础上，由于受到当时技术率特性进行了分析、计算和讨论。水平限制未能得以实现。近年来，在高功率微波和毫米波源的需求牵引下，带状注速调管又重新

7、在国1单间隙腔的计算际上引起了关注。它最大的技术优势在于，其特殊在设计带状注速调管的谐振腔时，为了提高注二团波互作用系统中电子注的群聚质量，对带状注速调大频率间隔，保证带状注速调管工作的稳定性和可管谐振腔的一个很重要的要求是其必须在整个电子靠性。注通过范围内形成均匀的间隙电场，因此可采用如Ak-=--k-k一一塑oC(3)图l所示的哑铃形谐振腔结构。哑铃形谐振腔中间部分为一段波导，波导末端为两个大小相同的耦合2三间隙扩展互作用腔的计算腔，当谐振腔的基模谐振频率等于中间波导基模截在实际制管过程中，单间隙腔将会使带状注速止频率时，其间隙电场分布呈现较好的均匀性[8]