摘要：对S波段永磁式全腔提取相对论磁控管进行了理论设计和数值模拟研究,并对其进行了实验研究。通过理论分析初步获取相对论磁控管结构参数,并采用三维电磁仿真软件对模型进行粒子仿真优化,根据引导磁场需求设计永磁磁场产生结构。该永磁式相对论磁控管在500 kV电压输入条件下,输出微波功率1.978 GW,效率49.2%。利用实验室小型脉冲功率驱动源平台开展了初步实验研究。实验中,该永磁式相对论磁控管在脉冲驱动源驱动下获得GW级输出功率,功率转换效率约40%,实验结果与模拟结果吻合得较好。

摘要：基于一个6腔异腔结构相对论磁控管,运用粒子模拟仿真软件,对同轴阴极和透明阴极的特性进行仿真和实验研究。经仿真优化,设计并制作了一支3个带的透明阴极。粒子模拟结果表明,在相同条件下透明阴极比同轴阴极电子群聚时间大大缩短,起振时间大幅减小,整管效率提高约1倍,输出微波频谱更纯,模式竞争更小。实验结果表明,相同条件下,应用透明阴极所得到的微波脉宽较宽,在S波段获得721MW的微波功率输出。说明应用透明阴极能缩短相对论磁控管起振时间,与粒子模拟结果相符。

摘要：透明阴极技术对相对论磁控管振荡启动过程具有显著影响,但其加速启动过程的作用机理仍有待深入研究。对采用扇形单元透明阴极的L波段相对论磁控管进行数值模拟,分析了场分布模式和带电粒子空间运动规律,发现透明阴极与实心阴极在磁控管振荡启动过程的差异。可见透明阴极带来的静电场角向分量与外加轴向磁场引起的洛伦兹力,对初始工作状态的电子具有向阳极加速漂移的作用。采用透明阴极的相对论磁控管的电子轮辐外缘更贴近阳极,群聚电子在轴向上具有随距离连续变化的速度分布,使得电子与高频电磁场的能量交换更加充分。对扇形阴极单元的个数与张角组合的匹配效果进行了模拟,给出了磁控管振荡建立阶段静电场角向分量对阴极电子发射与漂移运动的作用规律。透明阴极的设计需要与磁控管慢波结构相匹配,以得到最优化的工作状态。

摘要：采用全腔输出结构后,相对论磁控管径向尺寸显著减小,轴向长度也有较大幅度的缩短.但是,由于输出结构为三个相对独立的扇形波导,实际应用时,一般需要对微波输出模式进行转换.针对全腔输出相对论磁控管,本文研究了两种输出模式转换结构并利用三维全电磁粒子模拟程序对其进行了研究.首先研究了将三个扇形波导角向增宽从而渐变或者突变为一个同轴波导的情况,研究结果表明,两种情况下输出微波功率均大于采用传统三个独立扇形波导输出时的90%,输出模式主要是TEM模.其次研究了输出区由三个扇形输出波导分别变换为三个截面大小与之接近的矩形输出波导的可行性,研究结果表明,注入扇形波导中的TE_(11)模式几乎全部转换为矩形波导中的TE_(10)模式.实际应用时,可根据需要选择上述输出模式转换结构.

摘要：　设计了一种可机械调谐的S波段相对论磁控管,该管采用由5个扇形腔和5个矩形腔组成的旭日型磁控管方案,通过小腔滑块移动实现调谐。利用等效电路法和高频场分析软件与粒子模拟软件分析了器件的性能。初步模拟结果表明:调谐相对带宽可达20%,当电压为650kV,磁场为0.6T时,全带宽内输出功率大于600MW,在大部分带宽内峰值功率大于900MW。

摘要：研究了一种轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管,该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过4腔轴向输出的结构设计使得谐振腔结构与矩形输出波导之间形成了较好的过渡,实现了矩形TE10模式的微波输出。与衍射输出相对论磁控管相比,这种结构设计不仅能减小磁控管的轴向和径向的尺寸,使得系统更加紧凑化,而且能在输出波导中获得更加纯净的低阶微波模式。利用粒子模拟软件,初步分析和优化了器件的工作性能。模拟结果表明:当电压为500k V,磁场为0.5T时,该器件的工作频率为2.58GHz,输出功率为1.0GW,功率转换效率达到25.0%。

摘要：设计了一种全腔提取轴向输出相对论磁控管。在π模工作的N腔磁控管中,该结构利用磁耦合的方式通过两个相邻谐振腔在一个扇形波导内激励起TE_(11)模,然后再由N/2个相位相同的扇形波导TE_(11)模沿轴向向外传输。对L波段全腔提取轴向输出磁控管进行了仿真设计,在600kV,6.3kA的条件下,获得1.89GW微波输出,功率转换效率50%,微波频率1.57GHz。该结构在径向方向上仅增加一个扇形波导厚度,便于实现相对论磁控管的紧凑、高效设计。

摘要：轴向级联的相对论磁控管含有多个共轴排列的谐振单元,各级高频系统设置了相互连接的阳极外壳和阴极结构以构建类似的正交场分布,每级高频系统之间以耦合结构连接,通过器件内部的耦合机制实现相位锁定,可实现多端口锁相输出。基于轴向级联谐振系统的相位锁定条件,设计了基于脊圆波导结构直接耦合的二级轴向级联相对论磁控管,每一谐振单元采用8腔旭日型慢波结构,两级高频系统中的较小谐振腔通过预留有4个扇形开槽的脊圆波导连接段实现直接耦合,较大谐振腔底部设置径向提取波导结构。在0.38 T外加磁场和400 kV外加电压的条件下可实现S波段2.9 GHz的8端口TE_(10)模式锁相输出,单路微波功率高于100 MW,总功率高于0.8 GW,驱动电流4100 A,总效率约49%。两高频系统锁相过程时长12 ns,相位抖动小于±2.5°。

摘要：基于一个6腔同腔结构相对论磁控管,透明阴极金属条个数与磁控管腔数相同时相对论磁控管易于工作在2π模式,减少为腔体数目一半时易于工作在π模式,提出了旋转扇形透明阴极金属条角向位置实现相对论磁控管中心频率跳变的方案.经仿真优化,设计了外径15mm,6个扇形金属条的透明阴极,每个扇形金属条的角向宽度为20°.运用粒子模拟软件,仿真分析了角向位置金属条与阳极块相对应及金属条与谐振腔相对应两种情况,在工作磁场保持0.75T,调节工作电压在600~800kV 内变化时,模拟结果表明,相对论磁控管可以很稳定地分别工作在2π模式和π模式,即通过旋转透明阴极实现相对论磁控管频率跳变.

摘要：对全腔输出半透明阴极相对论磁控管做了进一步的改进,并对其进行了物理分析和三维全电磁粒子模拟研究。通过半透明阴极结构的改进,即改变阴极角向方位和阴极发射面高度参差设计以及局部参数优化,使得在较宽的工作参数范围内,器件起振初期可能出现的模式竞争得到抑制,起振时间进一步缩短,同时输出效率得到较大提高。在注入电子束电压和电流分别约为518 kV和4.1 kA、外加磁场为0.575 T时,模拟在S波段获得了效率大于66%、功率约1.42 GW的微波输出。同时还给出了电子束电压和外加磁场等参数在一定范围内变化时对输出性能的影响规律。研究结果可应用于高效紧凑型相对论磁控管的实验研究。