课题（8mm基波回旋速调放大器研究）研究进展情况报告

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1、国家高技术863-803主题课题研究进展情况报告（8mm基波回旋速调放大器研究）一.课题年度研究内容及目标项目的总体目标是研制出高性能8mm基波回旋速调管放大器，主要技术指标：中心频率34GHz峰值功率大于200KW平均功率大于5KW带宽大于0.6%2004年度主要研究内容①输入系统优化，提高模式转换效率和模式纯度。②电子枪、注-波互作用到收集极全程模拟计算及起振研究，抑制寄生振荡，提高放大器的稳定性。③提高增益、效率、输出功率、增宽频带及抑制寄生模式振荡的深入研究,以取得该项研究的突破。④采用复膜阴极，降低灯丝加热功率，提高阴极发射能力及寿命。⑤高平

2、均功率收集极，输出窗及冷却系统热力学分析计算，提高整管的功率容量。⑥电子枪、高频系统误差分析计算和结构工艺改进，降低加工及装配误差的影响，提高放大器可靠性。⑦新样管的设计加工，研制较高参量的冋旋速调管放人器。样管热测实验研究和改进。⑧大工作比热测系统及传导制冷超导磁体研制。年度目标集中解决样管中岀现的频带较窄，寄生模式振荡等问题，全力进行高功率、宽频带样管研制和实验研究，为顺利完成总体目标铺路。在高功率和宽频带研究方面取得突破，完成电子光学系统，高频腔体改进和优化，整管互作用模拟计算,冷却系统的改进分析，研制出脉冲功率大于120kW.平均功率大于5kW

3、、带宽200MHz、增益大于30dB的回旋速调管放大器样管。一.研究工作进展情况课题组根据项目的总目标及年度研究计划，对回旋速调管磁控注入电子枪、高频谐振腔、注■波互作用、高平均功率等关键技术及整管设计研制开展了深入的研究工作，专题研究及制管取得了重要进展。（一）专题研究进展1.改进和完善了磁控注入电子枪设计计算程序，用自主软件和EGUN等程序对8mm基波回旋速调管双阳极电子枪进行了大量数值模拟，优化出电子枪结构尺寸及过渡区磁场分布，获得满足基波回旋速调管放大器设计要求的低速度零图18mm基波回旋速调管双阳极电子枪计算结果2.采用自主开发的高频分析程序

4、进行数值模拟计算，完成加载损耗介质低Q谐振腔的优化设计。与HFSS模拟相比大大缩短了机时，使腔体的设计和调试灵活方便，解决了HFSS等软件不能有效地模拟加载损耗介质较薄的情况。加载波导中H（h，E（）i模式的色散曲线如图2,加载波导中H（）】，E（“模式的衰减常数与频率的关系如图3。加载损耗层的厚度对波导的衰减常数及谐振腔损耗功率影响显著如图4,图5所示。因而在加载损耗介质低Q谐振腔设计中针对工作模式及寄生模式场分布特点，选择适当的损耗介质，优化其分布，控制损耗层厚度，不仅降低Q值达到设计要求，同时使寄生模式得到极大的削弱，有效地抑制了寄牛振荡。利用矢

5、量网络分析仪对各低Q谐振腔进行冷测，严格保证腔体频率和Q值，提高回旋速调管的稳定性和可靠性。图2加载波导的色散曲线图3衰减常数a随频率的变化曲线图4衰减常数oc与损耗层厚度关系图5Q值及损耗功率P®与损耗层厚度关系1.完善了输入端谐振控近似求解的物理模型，利用输入谐振腔近似分析方法和数值计算程序进行输入谐振腔结构设计，并利用HFSS进行精确模拟和修正。完成了输入谐振腔的优化，获得了能量转换效率高，能有效抑制竞争模式，工作模式纯度高的输入谐振腔设计方案。对输入谐振腔进行冷测实验，达到了高频输入系统的设计要求。2.进行冋旋速调管电子发射，注■波互作用至电子

6、冋收全程粒子模拟。通过大量模拟计算和优化，提高放大器增益、效率、输出功率，扩展工作频带。在工作电压68KV,电流10A,获得了输出功率大于250kW,互作用效率30%以上,饱和增益33dB,带宽200MHz的冋旋速调管放人器设计方案。Time9.767ns:PHASESPACEforallparticlesMm123452(H)(E-l)图6回旋速调管放大器粒了模拟模型及稳态电了空间分布40(％)Aouaoso33.833934.034.134.2403224168(％)Aoueose0.93030.950.960.970.98magneticfiel

7、df(GHz)图7互作用效率与输入频率的关系图8互作用效率随工作磁场的变化曲线4030(％)Aouao岳30282850100150200Inputpower(W)■—Efficiency•—Gain(8P)U&0444240383634321.61.82.02363228242016(％)言①o匸o8pitchalpha图9互作用效率及增益与输入功率的关系图10电子注。值对互作用效率的影响24.025.633.3533.4033.4533.5033.5533.6033.6533.7033.7533^041403B36353332.302e27(％)A

8、QUaoJ®15033.433.533633.7230220210200190180170(Z