基於渡越輻射低阻長脈衝新型高功率微波源的研究

《基於渡越輻射低阻長脈衝新型高功率微波源的研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由賀軍濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於渡越輻射低阻長脈衝新型高功率微波源的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賀軍濤
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

傳統的基於渡越輻射效應的高功率微波源通常阻抗較高，而且渡越時間振盪器往往採用柵網結構。高阻抗限制了注入電子束的功率，影響了輸出微波功率的進一步提高；柵網結構容易產生電漿，不利於高功率微波源的長脈衝和重頻運行。本項目提出了一種基於渡越輻射的新型結構高功率微波源器件。新器件採用具有更高空間極限流的同軸結構來降低器件阻抗，提高了注入電子束的功率；採用無柵網結構來減少器件內部電漿形成，提高了器件長脈衝和重頻運行的能力。項目旨在通過對新型結構物理機制和物理問題的分析，研製出一台低阻抗、高功率、長脈衝和重頻運行的微波源器件，論證新型結構的可行性，為渡越器件向著更低阻抗、更高功率、更長脈寬和更高重頻發展奠定基礎。

結題摘要

傳統的基於渡越輻射效應的高功率微波源通常採用柵網結構，阻抗較高，不利於重頻和長脈衝運行。本項目提出了一種基於渡越輻射的新型結構的高功率微波源。該新型器件去除了金屬柵網，採用了具有更高空間極限流的同軸結構，一方面降低了器件阻抗，提高了注入電子束的功率，另一方面，去除柵網結構後，減小了器件內部產生電漿的風險，提高了器件重頻長脈衝運行的能力。首先，本項目開展了新型渡越結構的相關理論研究。通過修正現有的空間極限電流理論估算模型，給出了該新型結構中可以傳輸的空間極限電流，為同軸結構低阻器件的設計提供了依據；利用模式匹配理論求解了新型渡越腔結構中的調製場分布，證實了新型結構中的調製場呈現準體波特性，有利於提高器件的功率容量；推導得到了表征任意數目腔體結構中調製場與電子束髮生能量交換的電子束歸一化電導函式，通過該電導函式可以計算得到相應結構的工作電壓範圍。其次，在理論研究的基礎上，通過模擬和實驗研究，在L波段研製出了一套具有重頻、長脈衝運行能力的，可輸出功率達3.5GW的新型低阻渡越輻射高功率微波源。為了提高器件在重頻、長脈衝條件下的工作穩定性，開展了改進結構的研究。改進型結構採用梯形調製腔，可有效降低器件表面的電場幅值，提高器件功率容量，其結構工作模式呈良好的體波特性；另外將電子收集極改為斜面結構，並將其與微波提取腔空間分離，避免了收集極處的電漿效應對微波提取造成不利影響。最後，考慮到提高器件的工作頻率及降低器件的引導磁場具有更好的套用前景，本項目在原有研究計畫的基礎上，開展了Ku波段低引導磁場新型渡越輻射高功率微波源的拓展研究，提出並設計了一套適合於重頻長脈衝運行的Ku波段低磁場同軸渡越時間振盪器，並在二極體電壓470kA，電流9kA，引導磁場0.7T，電脈衝寬度為55ns，重頻5Hz，持續時間1s實驗條件下，實驗獲得了輸出功率1GW，頻率14.3GHz，平均脈衝寬度24.5ns的高功率微波輸出，其中單個脈衝寬度最大為26.5ns。實驗中未出現明顯的脈衝縮短現象，證明了其在低引導磁場條件下具有重頻長脈衝運行的能力。