A6 磁控管谐振系统的计算与模拟分析Ξ - 强激光与粒子束.PDF

　第 14 卷　第 3 期 强 激 光 与 粒 子 束 V o l. 14,N o. 3　 　2002 年 5 月 H IGH POW ER LA SER AND PA R T ICL E BEAM S M ay , 2002　 文章编号:(2002) A 6 磁控管谐振系统的计算与模拟分析 李天明, 　李家胤, 　于秀云, 　杨梓强, 　关　涛, 　熊祥正 ( 电子科技大学 高能电子学研究所, 四川 成都 610054) 　　摘　要: 　利用等效电路法和高频分析软件(H FSS) 对A 6 相对论磁控管谐振系统进行了理论计算与模拟 分析, 着重考虑了相对论磁控管端帽的引入对谐振频率的影响。模拟和冷测均表明: 相对论磁控管端帽的引入 将对谐振频率造成一定影响, 在端帽的某些尺寸下, 同一模式将会分裂出两个谐振频率。这将加剧磁控管内部 的模式竞争而不利于磁控管的工作。 　　关键词: 　相对论磁控管; 谐振系统; 等效电路法 　　中图分类号: TN 128　　　　文献标识码:A 　　通常描述一个谐振系统的参量主要有三个, 即谐振频率、特征阻抗以及品质因素。三个参量分别与微波管 的工作模式, 输出匹配和工作稳定性相关联, 对微波管的工作特性有很大影响。所以, 微波管的研究, 首先是其 谐振系统的研究。相对论磁控管是近年来在普通磁控管基础上发展起来的一种高功率微波源, 由于其结构简 单, 而且可以通过锁相控制获取更高的功率, 而受到了广泛的关注。相对论磁控管是在普通磁控管基础上发展 起来的, 原理上它们是基本一致的。但是, 高压、强电流和高功率使得相对论磁控管中相对论效应, 空间电荷效 应已不能忽略, 电子与波的相互作用也变得高度的非线性, 研究普通磁控管的小信号理论此时已不再适用。冷 腔时, 仍然可以利用普通磁控管谐振系统的分析方法对相对论磁控管进行分析。 1　原　理 　　1975 年Bekefi 和O rzechow sk i 研制了第一个相对论磁控管, 经过这些年的发展, 频率已从 S 波段扩展到 波段和 波段, 峰值功率也从几百 提高几个 。其中, 麻省理工学院( ) 首次提出的 6 结构的谐 L X MW GW M IT A 振系统是最普遍最成功的设计, A 6 相对论磁控管也是所有相对论磁控管中研究最多, 最为成熟的一种相对论 磁控管。 　　同腔A 6 结构的谐振系统由六个完全相同的小谐振腔组成, 腔与腔之间存在着磁耦合、电耦合和电磁耦合 几种主要的耦合形式。磁耦合通过贯穿磁控管的谐振腔、端部空间和互作用空间的高频场的总磁通量来实现; 电耦合是通过贯穿互作用空间的高频场的电力线来实现; 电磁耦合则是借助断开和不断开的单或双的隔模带 实现。根据谐振腔的耦合情况, 可以近似的得到谐振系统的等效电路。通过等效电路则可以进一步计算出谐振 系统的谐振频率、特征阻抗和品质因素等参数。图 1 (a) 分析了谐振系统中所存在的电磁耦合情况, 图 1 (b ) 为其 对应的等效电路。考虑同腔磁控管主要耦合形式, 系统的谐振波长可用下式表示。 ( ) 　　　　　　　　　　　　　　( ) a part of resonant system ‘cro ss section b equivalent circuit of resonant system F ig. 1　Coup le analysis and equivalent circuit of m agnetro 图 1　磁控管的耦合分析及等效电路 第六届全国激光科学技