摘要：随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展,同轴相对论速调管放大器(RKA)成为近年来研究热点之一,然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在,为此,设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔,以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振荡。通过对单间隙同轴谐振腔TM_(01)模式与TEM模式转化进行理论分析与仿真模拟,发现同轴谐振腔上下槽深差值与轴向错位值对其Q值变化影响很大,当上下槽深差值与轴向错位值分别为0.3 mm和0 mm时,同轴谐振腔的Q值为极大值(18764),意味着此时谐振腔中两种模式转化最小,多组谐振腔级联后自激振荡风险大大降低。将三组级联的高Q值单间隙同轴谐振腔应用于紧凑型同轴RKA,粒子模拟和实验结果表明,器件的输出微波功率稳定,频谱纯净,无自激振荡等问题存在。

摘要：高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一,其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA,主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数,说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式,Q值较大,有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式,在注入功率仅10 kW情况下,实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明,该器件具有效率高的优点,在电子束电压400 kV,电流5 kA,磁场强度0.4 T条件下,得到功率825 MW,频率14.25 GHz,效率41%的微波输出。

摘要：射频击穿、模式竞争是导致速调管振荡器(RKO)功率下降、脉冲缩短的主要原因。本文引入扩展互作用提取结构,可以有效降低提取腔射频电场,增大器件功率容量。传统的双间隙提取结构将电子能量在提取腔内转化为微波能量,共用一个通道输出。而扩展互作用提取结构采用了分布式提取腔而非集中式提取腔,增加了输出通道,可以有效提高束-波转换效率,降低提取腔的射频电场。粒子模拟结果显示:二极管电压561 kV,磁场强度0.5 T条件下,保持阴极结构、调制腔及反射器不变时,分别对传统双间隙提取腔、双间隙及三间隙扩展互作用提取腔进行仿真:输出功率分别为2.14、 2.22、 2.35 GW;分析其提取腔最大射频电场,分别为1.50、1.21、1.10 MV/cm;束波转换效率分别为35.7%、36.9%、39.1%;器件工作频率为12.52 GHz。在三维仿真中,通过改变阴极结构的S参数、设计新的反射器,有效抑制了调制腔TM113模带来的模式竞争,为开展后续实验奠定了基础。