一种改进型C波段磁绝缘线振荡器的数值模拟研究.pdfVIP

　第 16 卷 　第 4 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 16 ,No. 4 　 　2004 年 4 月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Apr. ,2004 　 ( ) 文章编号 2004 一种改进型 C 波段磁绝缘线振荡器的数值模拟研究 张晓萍, 　钟辉煌 , 　舒 　挺 , 　张建德 ( 国防科学技术大学 理学院 定向能技术研究所, 湖南 长沙 410073) 　　摘 　要 : 　提出了一种改进型 C 波段磁绝缘线振荡器 ,并对其进行了优化设计。首先根据磁绝缘原理对慢 波结构进行了理论分析 ,并选择了磁绝缘线振荡器阴极半径和主慢波结构的基本参数 ,然后用 2. 5 维全电磁 ( PIC 方法研究了输出功率与其它参数之间的关系。模拟表明 ,优化结构可以在输入约 21GW 电功率 工作电压 约 500kV) 的条件下 ,得到频率 3. 91GHz 、平均功率2. 71GW 的微波输出 ,其饱和时间为 10ns ,平均效率为 129 % 。 　　关键词 : 　高功率微波源 ; 　磁绝缘线振荡器 ; 　PIC 模拟 　　中图分类号 :TN752. 5 　　　　文献标识码 :A ( ) [1 ] 　　1987 年 R. W. Lemke 和 M. C. Clark 首先提出了磁绝缘线振荡器 MILO 的概念 ,经过十几年的研究 ,MILO 已发展成为 GW 级的高功率微波器件[2～9 ] 。它的主要优点在于不需外加磁场 ,而由器件内部的负载电流提供 自绝缘磁场。R. W. Lemke 等人所研究的阳极筒式负载的 L 波段硬管 MILO[2～4 ] ,理论模拟获得了平均功率约 3GW 的微波输出。J . W. Eastwood 等人的阳极杆式负载的 L 波段渐变型 MILO[6 ] ,理论模拟获得了峰值效率约 17. 5 %的微波输出。C 波段 MILO 的研究工作则主要集中在国内 ,刘松研究了渐变型 C 波段 MILO[8 ] ,杨郁林和 丁武初步考虑了高频段 MILO 的设计问题[9 ] ,我们也曾提出并初步设计了以虚阴极振荡器为负载的 C 波段新 型MILO[10 ] ,并对MILO 中同轴漫波结构的色散特性进行了分析[11 ] 。本文在总结美国人硬管MILO 和英国人渐 变型 MILO 优点的基础上 ,提出了一种改进型 C 波段 MILO ,并通过理论分析和数值模拟对其进行了优化设计。 1 　改进型 C 波段 MILO 的结构模型 [2～4 ] ( ) 　　在美国人的 MILO 中 ,扼流片 RF choke vanes 抑制了微波向输入口泄漏 ;一个提取叶片使器件长度大 大减小 ,慢波结构区的总体设计是成功的。在英国人的渐变型 MILO[6 ] 中 ,负载二极管的一部分电子向慢波结 构空间的喷射也形成一个电子群聚轮辐参与束波相互作用 ,使负载电流能量的一部分被利用来产生微波 ,从而 提高了微波产生效率。 　　为提高产生微波的功率与效率 ,本文把美国人 MILO 与英国人 MILO 两者的优点有机结合起来 ,设计了改进 型 C 波段 MILO 。这种改进型 C 波段 MILO 采用类似美 国人MILO 的慢波结构形式 ,而其负载则为类似英国人 MILO 的阳极杆式负载。在此基础上 ,为了实现两者的有 机结合 ,还对负载二极管与提取区形状