电压波形和磁场分布对相对论磁控管的影响研究

发布时间：2020-05-18 06:20

【摘要】：相对论磁控管是高功率微波源家族中的重要成员,其结构相对简单,对电子束流质量的要求较低,工作频率范围从L波段到X波段,输出峰值功率达到100MW到GW水平。虽然相对论磁控管已经达到了较高的功率输出水平,但综合考虑磁控管的其他输出特性,研究人员进行了大量研究,提出了一些典型的激励技术手段,包括阳极激励、阴极激励和磁激励等。经实验验证,相关的激励技术有利于抑制模式竞争,减小起振时间以及增加脉冲宽度。其中磁激励和阳极激励是外加磁场和电压的一种非周期性扰动。本文主要研究沿轴向非周期性扰动的工作磁场和电场对相对论磁控管输出特性的影响。理论上,相对论磁控管中的工作磁场呈均匀分布,但是实际的磁系统由于自身结构的限制,导致外加的工作磁场在相对论磁控管的工作区域内几乎是不可能均匀分布的。轴向磁场的作用是束缚阴极发射的电子,使电子在互作用区沿角向作回旋运动,完成注波互作用过程,即,电子交出自身能量给高频场的过程。如果其轴向磁场分布不均匀,会导致电子的角向速度离散性过大,互作用效果变差。而电压波形的变化影响磁控管的等离子的产生和电子的运动状态,脉冲电压波形的质量主要取决于脉冲形成线中的参数。实际形成的脉冲电压波形会随时间小幅值波动,由于脉冲形成网络的点长度、谐波次数、网络带通,以及传输线上的上限频率的不同,实际磁控管的电压波形和理论值会有不同程度的差异。本文以A6型相对论磁控管为研究模型,先是梳理磁控管的基本理论,介绍磁控管的基本结构,谐振腔特性,互作用原理,分析电子在谐振腔中的运动过程,利用B-H曲线找到磁控管的工作区。研究相对论磁控管外加磁场的空间分布特性,采集磁场的实验数据,将该数据导入模拟程序,得到输出结果,并与均匀磁场下的输出特性作对比,用模拟数据来说明实验磁场条件下和均匀磁场条件下输出特性的不同。解释实验过程中电压波形不确定的原因,并对标准电压波形进行数值模拟计算,得出理论条件下的输出特性,而后采集具有典型特征的不规则电压波形数据,并分别将数据导入到模拟程序,通过模拟计算得到相应的模拟结果,分析模拟结果,再与之前的理论分析结果作比较,验证理论的分析,得出新的结论。文章最后为实验验证的部分,通过实验结果来说明其与之前的模拟分析的结果是基本一致的。
【图文】：

磁控管,基本结构

通磁控管的基本理论分析，，以及相对论磁控管的特性进一步探索。论磁控管工作的基本理论论磁控管属于一种正交场器件[31,32]，其谐振系统由阳极和阴极组成个谐振腔构成的一种慢波结构，它降低谐振腔内本征模式的相速，电子与其同步的条件。在强场的作用下，电子是由爆炸式发射阴极C 电场和磁场作用下，电子沿方向做轮摆运动，当其漂移速的相速满足同步条件，以物理机理 д 彼此交换能量。同时，电作用下，沿方向漂移运动，减速区域的电子逐渐交出自身阳极，最终将势能转化为射频能量。而加速区的电子回轰阴极产生完成有利电子挑选，并吸收部分高频电磁场能量。在大电流驱动下管产生辐射功率高于非相对论器件两个数量级以上，输出峰值功率控管的谐振系统

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第二章相对论磁磁控管由高频系统和能量耦合系统两磁控管结构示意图。高频系统的分析主之间的间隙构成了注波互作用区，电磁匀分布的谐振腔形成的边界条件。磁控的磁控管为例，其空间电磁噪声是由丰场的幅值约为电子能量的，初始相声如下式所述： = щ 其中为初始幅值，为初始相位以 A6 磁控管为例（如图 2-2），通过纵互作用机理，可简化为 TE模。其边界
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN123

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