S波段可调谐相对论磁控管的初步设计

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。     

可调谐相对论磁控管调谐带宽的优化

 在以10腔旭日结构为方案的可调谐相对论磁控管中,分析了热腔下对磁控管性能有重要影响的零模成分与模式隔离因素,结合零模成分的形成原因以及轴向频率分量对调谐范围的影响,提出了调整大、小腔等效阻抗和体积,开放阳极端面,从而减小零模分量及增加调谐带宽的措施。CST模拟表明,通过这些优化,可调谐相对论磁控管的调谐带宽从最初的380 MHz提高到900 MHz。     

可调谐相对论磁控管调谐带宽的优化

在以10腔旭日结构为方案的可调谐相对论磁控管中,分析了热腔下对磁控管性能有重要影响的零模成分与模式隔离因素,结合零模成分的形成原因以及轴向频率分量对调谐范围的影响,提出了调整大、小腔等效阻抗和体积,开放阳极端面,从而减小零模分量及增加调谐带宽的措施。CST模拟表明,通过这些优化,可调谐相对论磁控管的调谐带宽从最初的380 MHz提高到900 MHz。     

S波段可调谐轴向输出相对论磁控管的粒子模拟

研究了一种能同时实现S波段频率可调谐和微波轴向输出的相对论磁控管,该管采用10腔旭日型谐振腔结构和改进型轴向输出结构。利用高频场分析软件与粒子模拟软件,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350 kV,磁场为0.3 T时,在20 %相对带宽（约700 MHz）内输出功率大于530 MW,功率转换效率大于20%,功率转换效率最高达到40.19%。     

可调谐相对论磁控管的实验研究

 实验研究了高有载品质因数下有无阳极端帽时调谐性能的差异,以及低有载品质因数下,没有阳极端帽时的可调谐相对论磁控管性能。研究结果表明：没有阳极端帽时,可调谐相对论磁控管具有更宽的调谐范围;在高有载品质因数下,可以达到2.52～3.31 GHz的调谐范围,输出功率范围为44～790 MW;低有载品质因数下,调谐范围为2.55～3.05 GHZ,调谐范围内输出功率1～1.7 GW。     

可调谐相对论磁控管的实验研究

实验研究了高有载品质因数下有无阳极端帽时调谐性能的差异,以及低有载品质因数下,没有阳极端帽时的可调谐相对论磁控管性能。研究结果表明：没有阳极端帽时,可调谐相对论磁控管具有更宽的调谐范围;在高有载品质因数下,可以达到2.52～3.31 GHz的调谐范围,输出功率范围为44～790 MW;低有载品质因数下,调谐范围为2.55～3.05 GHZ,调谐范围内输出功率1～1.7 GW。     

S波段永磁式相对论磁控管设计及实验研究

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。     

相对论磁控管的实验研究

简要分析了相对论磁控管的主要特点与问题,编制了谐振系统数值计算程序,通过数值计算与冷测,对不同阴极尺寸与输出结构的磁控管进行了研究,清晰地描述了磁控管的振荡模式与简并现象。制作了A6型相对论磁控管并进行了热测实验,研究了输出功率与工作磁场的关系,经过大量优化工作,在S波段获得了380MW的微波辐射。     

L波段全腔提取轴向输出相对论磁控管设计

设计了一种全腔提取轴向输出相对论磁控管。在模工作的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TE11模, 然后再由N/2个相位相同的扇形波导TE11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600 kV, 6.3 kA的条件下, 获得1.89 GW微波输出, 功率转换效率50%, 微波频率1.57 GHz。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。     

L波段全腔提取轴向输出相对论磁控管设计

设计了一种全腔提取轴向输出相对论磁控管。在模工作的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TE11模, 然后再由N/2个相位相同的扇形波导TE11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600 kV, 6.3 kA的条件下, 获得1.89 GW微波输出, 功率转换效率50%, 微波频率1.57 GHz。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。     

预脉冲对相对论磁控管工作性能的影响分析

 在阐述预脉冲产生的基础上，分析了预脉冲带来的一系列影响，包括工和电压波形变化，提前生成等离子体，以及预脉冲阶段放大竞争模式等，这些影响与相对论磁控管起振工作频率相联系，从而直接造成了相对论磁控管的基本性能参数，如脉宽、工作频率及输出功率等变化。结合具体实验，对比了有、无预脉冲条件下相对论磁控管工作性能的差异，对预脉冲的影响因素与相对论磁控管性能之间的联系进行了详细的分析。     

预脉冲对相对论磁控管工作性能的影响分析

在阐述预脉冲产生的基础上,分析了预脉冲带来的一系列影响,包括工和电压波形变化,提前生成等离子体,以及预脉冲阶段放大竞争模式等,这些影响与相对论磁控管起振工作频率相联系,从而直接造成了相对论磁控管的基本性能参数,如脉宽、工作频率及输出功率等变化。结合具体实验,对比了有、无预脉冲条件下相对论磁控管工作性能的差异,对预脉冲的影响因素与相对论磁控管性能之间的联系进行了详细的分析。     

S波段3 GW 相对论速调管放大器的设计

利用速调管放大器中间腔可以提高器件放大增益,并达到降低微波注入功率的要求,同时针对高功率微波相对论速调管放大器的特点,建立了一个带有两个中间腔的S波段相对论速调管放大器,采用特殊结构克服了多个中间腔引入的高次模影响,模拟上实现了在kW量级微波注入条件下,基波电流调制深度达到80%,输出微波3.3 GW。     

S波段可调谐轴向输出相对论磁控管的粒子模拟

研究了一种能同时实现S波段频率可调谐和微波轴向输出的相对论磁控管,该管采用10腔旭日型谐振腔结构和改进型轴向输出结构。利用高频场分析软件与粒子模拟软件,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350 kV,磁场为0.3 T时,在20 %相对带宽（约700 MHz）内输出功率大于530 MW,功率转换效率大于20%,功率转换效率最高达到40.19%。