轴向提取TE10/TE11模虚阴极振荡器

论文摘要

本文利用物理分析和粒子模拟的方法研究了轴向提取TE10/TE11模虚阴极振荡器,结果表明通过引入预调制腔、谐振腔、反馈端面、双电子束阴极等结构,可以实现结构相对紧凑、束波转换效率较高的轴向提取虚阴极振荡器。不需要模式转换器或弯曲过渡波导,可直接通过天线轴向辐射微波,为微波源及其辐射系统的小型化提供了一条可能的技术途径。基于Tomachan加速器电子束参数设计的轴向提取TE10/TE11模虚阴极振荡器,不需要改变束-波作用区结构,只需通过更换提取波导,即可实现TE10/TE11模式微波的轴向提取。粒子模拟结果表明,在400keV、8.9kA的束流条件下,在2.1GHz处可以获得大于500MW的高功率微波输出,功率效率为14%,频率、模式纯净。基于Spark05加速器电子束参数设计的轴向提取TE11模虚阴极振荡器,利用类似的设计思想,通过改变电压的馈入方式和阴阳极结构,实现了中心阴极负脉冲电压的激励,同样获得了较好的粒子模拟优化结果。粒子模拟研究结果表明,在580keV、10.6kA的束流条件下,轴向提取圆波导TE11模虚阴极振荡器在2.1GHz处可以获得大于1GW的高功率微波输出,功率效率为16%,频率、模式纯净。对基于Tomachan加速器参数的轴向提取矩形波导TE10模虚阴极进行了工程设计和加工,并对测量系统进行标定,为下一步的实验研究工作打下了基础。

论文目录

• 目录
• 图表目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高功率微波
• 1.2 高功率微波源
• 1.3 高功率微波源的关键技术
• 1.3.1 阴极
• 1.3.2 射频击穿
• 1.3.3 计算技术
• 1.4 虚阴极振荡器的研究现状
• 1.4.1 消除反射电子技术
• 1.4.2 锁相技术
• 1.4.3 置入谐振腔
• 1.4.4 电子束预调制
• 1.5 粒子模拟简介
• 1.6 本论文的研究背景和主要研究内容
• 第二章 Tomachan 加速器型轴向提取TE10/TE11模虚阴极振荡器
• 2.1 器件提出的物理思想及分析
• 2.2 器件的结构参数的选择
• 2.3 Tomachan 加速器型轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器
• 2.3.1 物理结构的冷腔模拟
• 2.3.2 粒子模拟研究使用的物理模型
• 2.3.3 典型的粒子模拟结果
• 2.3.4 基本的物理图像
• 2.3.5 各参数对器件工作特性的影响（功率、频率、电流、模式）
• 2.3.6 圆柱腔作预调制腔时典型的粒子模拟结果
• 2.4 Tomachan 加速器型轴向提取圆波导TE11模虚阴极振荡器
• 2.4.1 粒子模拟使用的物理结构
• 2.4.2 典型的粒子模拟结果
• 2.4.3 工作于不同频率的尝试性设计
• 第三章 Spark05 加速器型轴向提取圆波导TE11模虚阴极振荡器
• 3.1 器件的结构设计
• 3.2 典型的粒子模拟结果
• 3.3 基本的物理图像
• 第四章 Tomachan 加速器型轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器的实验准备
• 4.1 器件的工程设计
• 4.2 脉冲驱动源
• 4.3 实验系统及参数测量
• 4.4 测量系统的标定
• 4.4.1 分压器分压比的标定
• 4.4.2 罗氏线圈的标定
• 4.4.3 接收喇叭的有效面积
• 4.4.4 微波衰减器和微波电缆
• 4.4.5 晶体检波器
• 4.5 初步的实验结果
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要工作与结果
• 5.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文