相对论返波管慢波结构的起始端设计.pdfVIP

　第 17 卷 　第 8 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 17 ,No . 8 　 　2005 年 8 月 H I GH PO W ER L A SER AND PA R T ICL E B EA M S A ug . ,2005 　 文章编号 : 　100 14322 (2005) 08112 105 相对论返波管慢波结构的起始端设计 1 1 1 1 ,2 陈昌华 , 　刘国治 , 　宋志敏 , 　肖仁珍 ( 1. 西北核技术研究所, 陕西 西安 7 10024 ; 　2 . 清华大学 工程物理系, 北京 100084) 　　摘 　要 : 　对相对论返波管的慢波结构中横磁模 - TM01 模的空间谐波系数进行了理论计算 。理论上证明 采用所述的4 种方法构造的有限长度的慢波结构谐振腔 ,其一些电动力学特性可以等效为无限长结构的特性 。 根据慢波结构内场分布的特点和计算机数值模拟结果 ,提出为了提高相对论返波管的转换效率 ,一般选择慢波 结构的起始端从波纹最深处开始 。 　　关键词 : 　高功率微波 ; 　相对论返波管 ; 　慢波结构 　　中图分类号 : 　 TN 128 　　　　文献标识码 : 　A ( ) 　　相对论返波管 relativi stic backwar d wave o scillator , 简称 RB WO 是一种利用环形相对论电子束与周期 性慢波结构相互作用 ,产生自身振荡和放大的高功率微波器件 ,能够在厘米 、毫米微波波段产生几百 M W[ 1 ] 乃 至超过 1 GW[2～4 ] 的微波脉冲辐射 ,并能够实现脉冲重复频率工作[4 ,5 ] 。慢波结构是 RB WO 的核心部分 ,一般 采用波纹圆波导结构 。深入理解这类慢波结构的一些电动力学特性 ,如色散曲线 、场分布 、耦合阻抗及慢波结 构两端反射参数 ,对设计 RB WO 具有重要的指导意义 。例如 , 已知慢波结构的色散曲线和电子束参数 ,可以对 产生微波的频率进行预测 。结合我们以往的实验[ 6 ,7 ] ,对频率的理论预测不确定度在 10 % 以内。但是 , 由于 RB WO 是一个多参数系统 ,尽管经过 30 多年的努力 , 国内外还没有比较明确的设计方法 。本文对慢波结构的 空间谐波系数进行了计算 ,研究了慢波结构谐振腔的构造方法及其谐振条件 。根据场分布的特点 ,提出了慢波 结构起始端结构设计的建议 ,并用计算机数值模拟进行了验证 。 1 　无限长慢波结构的色散方程和空间谐波系数 ( ) π 　　对于无限长慢波结构 ,其壁半径为 r = r + r sin h z , 即波纹圆波导慢波结构, 其中 h