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CHlNESE OFCOMPUTAllONALPHYSICS 2002年7月笳菥期 。Hm刚热呲磊㈣篇…黑…嘲。。JOURNAL V世装J．．I．2002 [文章编号] 1001．246x(2002)04—0333一()6 高功率高增益大直径相对论返波管 姜幼明， 王清源， 杜祥琬 100088) 北京应丹I物理与计算数学研究所国家863汁划强辐射实验室，北京 [摘 要】 对人直径f川轴相对论返波管采用双板波纹波导模型结合电子运动的罗伦兹力方程、电荷连续性方程和 电磁波麦克斯书方程建立_r系统的线性流体理论．使用该理论详细地研究r器件的各系统参数对束波相互作用， 特别是对微波指数增亡∈率的影响．给出了3cm波段的大直释同轴相对论返渡管实验装置的系统参数． 【关键词] 高功率；高增箍；大直径同轴返波管；双板波纹波导；色散关系；指数增长率 【中圈分类号】TNl25 [文献标识码]A 算幅值很大的复变量贝塞尔函数札(z)是非常困难 0引言 的”J．当两根同轴波导管之间的电子束通道的宽度 近30年，高功率微波源的研究发展迅速，包括 远小于波导管直径时，可用图l所示的无限长的双 聚，巫等离子体回旋共振加热、新一代高能电子加速 板波纹波导模型近似，其波导壁呈正弦变化 z)』／2， 器和相控阵雷达等领域．报道的相对论微波器件输 f埘L=一【1+￡8in(^o 出功率从100Mw到15Gw，频率范围从1G比到 【埘2=训【l+Esin(^oz+≠o)j／2， loo 波纹周期％=2”／^。，￡为波纹幅度．为考虑两波纹 Gm，峰值效率达50％．相对论返波管是高功率 微波源最重要的候选者之 ，它是一种慢波装置，波 板在z方向相对位置的影响引入九．假定整个系统 导壁采用呈周期性变化的慢波结构，使波导中的空 处于无限强的轴向磁场中，一束厚度趋于零的8电 间谐波在与相对论电子束相互作用的过程中从电子 子束在两波导板中间x=O的位置沿：方向传输．由 束中获得能量．它与行波管的主要区别是其慢波结 对称性，仅考虑可以与电子束有效耦合的TM。。模， 构中的微波群速度为负，即微波能量传输方向与电 故系统的每个物理量都与坐标y无关，即a／ay=0． 子束传输方向相反．该区别使相对论返波管可利用 根据兀oqueL定理，对每个有关的物理量，微波 其特有的自反馈机制实现振荡．通常采用的慢波结 场和电子束扰动量都可以展开成级数形式 构多是圆柱波纹波导，相对论返波管的功率受到器 M2w【l+棚inoaz+≯o)Ⅳ2 件本身功率容量和电子束驱动电流太小的限制．为 进一步提高器件的输出功率，人们提出了各种改进 0vvvv◇w 方案，叟¨等离子体加载相对论返波管，大直径过模相 对论返波管”1等我们在1995年提出了大直径同轴 相对沦行波管的新方案并进行了理论研究”‘，这里 再对大直径同轴相对论返波管进行理论研究． 、八八八八八仑／＼八 1色散关系 wl—‘w【1+Esjn(^D删2 大直径『一】轴相对论返波管主要由两根同轴的大 图l返渡管中双板波纹壁波导和相对论电子束 1 wan used 直径波纹波导管和在_者之间传输的一束相对论环