【摘 要】
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回旋速调管作为回旋放大器具有高输出功率以及具有一定带宽的特点,在兆瓦级输出上有独特的优势。在电子干扰、雷达、通信、可控热核聚变、等离子加热等方面有广泛的应用前景。本文主要研究Q频段兆瓦级回旋速调管,对回旋速调管高频结构设计过程和线性理论进行研究和分析,通过冷腔分析和粒子模拟进行优化设计,并结合工程化工作系统探索了高阶工作模式的回旋速调管高频结构,主要研究内容如下:1、阐述了高功率毫米波放大器和回旋
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回旋速调管作为回旋放大器具有高输出功率以及具有一定带宽的特点,在兆瓦级输出上有独特的优势。在电子干扰、雷达、通信、可控热核聚变、等离子加热等方面有广泛的应用前景。本文主要研究Q频段兆瓦级回旋速调管,对回旋速调管高频结构设计过程和线性理论进行研究和分析,通过冷腔分析和粒子模拟进行优化设计,并结合工程化工作系统探索了高阶工作模式的回旋速调管高频结构,主要研究内容如下:1、阐述了高功率毫米波放大器和回旋管的电子回旋脉塞理论。研究了回旋速调管工作原理,调研了展示了国内外在回旋速调管上的研究情况;2、分析了回旋速调管谐振腔的基本理论,包括圆波导谐振腔的特征,对单级突变结构进行理论分析,进而推导出突变结构级联的情况,更进一步对介质加载圆波导理论进行了分析;3、在Q频段以工程化磁场为基础首先研究了TE01模式的MW级回旋速调管,联合理论分析及冷腔分析,设计优化了回旋速调管初始结构,数值仿真研究了结构参数的变化对高频性能的影响规律;更进一步了为了满足CERN中心加速器应用需求,以斯克莱德大学实际磁场为基础进一步研究了高阶TE32模式回旋速调管工作机理,通过研究各个高阶工作模式的特点,确定工作模式和竞争模式,得到了对应的谐振腔参数;4、完成两种模式的Q频段兆瓦级回旋速调管设计。工作在Q波段TE01模兆瓦级回旋速调管,工作频率为47GHz时增益约40.21d B、由四个谐振腔组成,输出功率1.05MW、电子注效率超过49.3%、3d B带宽约380MHz（相对带宽0.81%）。工作在Q波段TE32模兆瓦级回旋速调管,工作频率为47GHz时增益约39.47d B、由三个谐振腔组成,输出功率2.63MW、电子注效率约40.5%、3d B带宽大约430MHz（相对带宽0.91%）。对TE01模式的回旋速调管高频结构仿真结果基本达到预期目标,具备工程化基础;同时探索的TE32模式回旋速调管将为更高输出功率器件研制奠定技术基础。5、总结研究生工作内容,对已做工作的不足提出建议,后续提出规划。
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