高功率回旋管输出窗的-研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：j企鏊一日期：口2汐衫年岁月纠日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复Ep件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入

2、有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)，签名：辑导师签名：』蚴莹日期：沙呵年3月乙7日第一章绪论1．1课题研究背景由于结构、工艺及机理等各种因素的限制，普通微波管工作在毫米波、亚毫米波波段遇到了巨大的困难；以量子效应为基础的一般激光器件也难以在此波段有效工作．而回旋管的结构比较简单，在很宽的频率范围内，特别是在毫米波及亚毫米波波段能产生高脉冲峰值功率和连续波功率．因此回旋管在毫米波雷达、通信、电子战、高功率微波武器研究、受控热核聚变、高能物理及工业方面有着诱人的应用前景⋯“3。这推动了回旋管的发展，

3、使回旋管的研究开发在国际上受到高度重视。从上个世纪70年代中后期至现在美国、俄罗斯、德国、法国、瑞士、英国及其日本等国投入了大量人力物力进行研究。中国自上个世纪70年代末开始也一直在进行跟踪研究。目前，国际上回旋管研究得到很大发展，已形成了一个回旋管系列。几乎是普通微波管具有的管种，都有对应的回旋管管种。它们包括回旋单腔振荡管、回旋速调管、回旋行波管、回旋返波管等。对于回旋振荡管，目前俄罗斯科学院应用物理研究所己研制出了140GHz、功率535kW、效率40％、脉宽3s以及1IOGHz、功率930kW、效率38％、脉宽2s的回旋管；对于高功率相对论回旋管，它的最高峰值功率

4、的记录是美国海军实验室与康乃尔大学在1975年联合创造的。该相对论回旋管利用具有爆破发射阴极的脉冲线加速器产生3．3MV、80kA、脉宽70ns的电子注，得到大约IGW的总蜂值功率，功率分散在频率8—13GHz之间的几个模式上。俄罗斯应用物理研究所等单位自70年代末期以来做了一系列相对论回旋管实验，从厘米波到毫米波产生数十兆瓦的微波输出。美国海军实验室研制出在8毫米波段，注压1．2MV、注流2．5kA。在磁场3．2T下，产生了250MW的峰值功率，效率达到8％的相对论回旋管；对于回旋速调管，俄罗斯应用物理研究所研制的二次谐波两腔回旋速调管，频率35．1GHz、功率205k

5、W、效率J5％、增益16dB、电子科技大学硕士学位论文带宽O．2％。莫斯科托里(TORIY)研制的35．2GHz二腔回旋速调管，功率750kW、效率24％、增益20dB、带宽0．6％。美国马里兰大学研制的两腔相对论回旋速调管，电压440kV、电流200A，脉宽1us、频率9．87GHz，得到了24MW的微波输出；对于回旋行波管，上个世纪90年代初，台湾清华大学采用一般内部涂有损耗材料的陶瓷管将互作用圆波导分成两段，在中心频率f0为35．86Hz、工作模式，rE¨，得到输出功率27kW、增益25dB、效率16％、带宽7％的实验结果。最近，他们又继续改进，采用切断的具体分布壁

6、损耗二极互作用圆波导，在Ka波段进行了TE．．模基次回旋谐波行波放大管实验，得到如下结果：f0=34．2GHz、最大峰值功率62kW、饱和增益33dB、效率21％、带宽12％、电压99．5kV、电流3A。美国通信与功率工业公司，在频率厶为95GHz时，得到输出功率15kW、增益30dB、效率6．3％、带宽1，6％的结果。美国海军实验室进行了高功率回旋行波管实验，在频率为35Gl-lz时，采用圆波导TE。模，得到输出功率20MW、增益20dB、效率11％的结果“1．可见在毫米波电磁频谱的开发方面，回旋管系列起着极其重要的作用．它填补了经典器件和量子器件频率问的空白．回旋管之

7、所以受到各军事大国的重视，都是因为它具有能在毫米波及亚毫米波波段产生高脉冲峰值功率和连续波功率的优点．随着这一变化，回旋管输出窗的设计也面临了新的问题．经典微波管的输出窗的设计思想和方法对回旋管输出窗的设计虽有借鉴之处，但这些输出窗在频率和功率容量上都不能满足回旋管输出窗的要求．此外回旋管的输出能量是经过开放式谐振腔的端口衍射出来，再由圆波导传输．这也不同于一般经典微波管．这些特点使研究适合于传输高功率毫米波的回旋管输出窗非常必要．从另一方面来看，目前回旋管的物理机理的研究已日臻完善．研究它的输出窗，优化输出窗片的设计，减小输