Ku波段同轴渡越辐射振荡器的数值模拟研究

Ku波段同轴渡越辐射振荡器的数值模拟 Ku波段同轴渡越辐射振荡器是一种高功率微波器件，通过引入同轴结构，器件内部的空间极限电流及功率容量得到了有效提升。调制腔采用三谐振腔结构，与两腔结构相比，调制电子束的能力明显增强。该器件在导引磁场0.6T、二极管电压392 kV、电流15.2 kA的条件下，在中心频率为14.184 GHz处获得1.2 GW的高功率微波输出，功率转换效率达20%。 在高频场软件对调制腔和输出腔进行了冷腔分析，利用2.5维粒子模拟软件对Ku波段同轴渡越辐射振荡器进行了数值模拟。该器件的设计基于渡越时间效应的渡越辐射振荡器（TTO）的原理，通过引入同轴结构和三谐振腔结构，提高了器件的工作电流和稳定性。 TTO是一种传统的高功率微波器件，具有结构简单、工作稳定、束波互作用效率高的优点。但是，传统TTO采用带阳极金属箔的二极管结构，在强流电子束的轰击下，极易产生等离子体，不利于器件的长脉冲和高重复频率运行。因此，提出了一种基于渡越辐射的新型低阻无箔渡越器件，去除了传统的栅网结构，可以极大地减少内部等离子体的产生。 该器件在L、X波段实验中分别获得了2.7 GW和1.1 GW的微波输出。高功率微波（HPM）研究的一个重要方向是向高频段发展，然而该类器件在Ku及更高频段还未见相关报道。微波器件向高频段发展，受品质因子Q的限制，进一步提高器件的工作频率将导致输出微波的功率和效率降低，主要由于空间极限电流及功率容量的减小。 因此，基于渡越辐射振荡器的设计和数值模拟对高功率微波器件的发展具有重要意义。通过引入同轴结构和三谐振腔结构，可以提高器件的工作电流和稳定性，提高输出微波的功率和效率。同时，该器件也可以应用于其他高功率微波器件的设计和开发中。 知识点： 1. Ku波段同轴渡越辐射振荡器的设计原理和结构特点 2. 渡越时间效应的渡越辐射振荡器（TTO）的原理和特点 3. 同轴结构和三谐振腔结构对器件性能的影响 4. 高频场软件和2.5维粒子模拟软件在器件设计和数值模拟中的应用 5. 高功率微波器件向高频段发展的挑战和限制 6. 基于渡越辐射振荡器的设计和数值模拟对高功率微波器件的发展的重要性