外加注入信號的速調型相對論返波管研究

《外加注入信號的速調型相對論返波管研究》是依託西北核技術研究院，由肖仁珍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：外加注入信號的速調型相對論返波管研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖仁珍
• 依託單位：西北核技術研究院

項目摘要

高功率微波在國防和民用領域均具有廣泛的套用前景。速調型相對論返波管（RBWO）是我們提出的一種新型器件，它結合了切倫柯夫輻射和渡越輻射兩種機制的優點，在粒子模擬和實驗中均獲得了高功率高效率的微波輸出。為進一步提高其功率，一個重要的發展方向就是進行功率合成。實現速調型RBWO功率合成的關鍵在於相位控制。本項目提出了一種外加注入信號的速調型RBWO，通過在諧振反射器前單獨加入一個注入腔引入外加信號，對電子束進行預調製，進而控制輸出微波的相位。本項目將建立線性和非線性理論模型，進行數值計算，結合粒子模擬，研究慢波結構的高頻特性，計算器件的起振電流，闡明束波相互作用過程，探索外加注入信號對輸出微波信號的相位控制機理；開展原理性實驗研究，利用外加注入信號，實現對速調型RBWO輸出微波信號相位的控制。本項目將為大規模功率合成提供重要的技術支撐，對高功率微波技術發展意義重大，對其套用起到重要的推動作用。

結題摘要

高功率微波在國防和民用領域均具有廣泛的套用前景。速調型相對論返波管（RBWO）是我們提出的一種新型器件，它結合了切倫柯夫輻射和渡越輻射兩種機制的優點，在粒子模擬和實驗中均獲得了高功率高效率的微波輸出。為進一步提高其功率，一個重要的發展方向就是進行功率合成。實現速調型RBWO功率合成的關鍵在於相位控制。 本項目提出了一種外加注入信號的速調型RBWO，通過在諧振反射器前單獨加入一個注入腔引入外加信號，對電子束進行預調製，進而控制輸出微波的相位。建立了線性和非線性理論模型，進行了數值計算，結合粒子模擬，研究了慢波結構的高頻特性，計算了器件的起振電流，闡明了束波相互作用機理和外加注入信號對輸出微波信號的相位控制機理。 除此之外，本項目還提出了一種帶雙預調製腔的速調型RBWO，將器件效率從48%提高到70%，所需注入功率從10 MW降低到100 kW；提出一種帶分散式能量提取的速調型RBWO，將器件功率容量提高到原來的3倍；提出一種X波段過模相對論速調管和一種可鎖頻速調型相對論切倫科夫發生器，當注入功率從100 kW增加至2 MW時，頻率控制範圍從20 MHz增加至125 MHz。 實驗中，利用92 kW的外加注入信號，實現了對2.4 GW輸出微波的相位控制，多個脈衝微波在20 ns範圍內相對相位差為±12°。在此基礎上，開展了兩支鎖相RBWO的通道合成研究，在注入功率為280 kW時，兩支RBWO輸出功率為2.2 GW和1.8 GW，雙RBWO輸出微波之間相位抖動小於±5°，合成效率達94%。 在本項目支持下，發表了14篇SCI論文，3篇EI論文，包括四篇APL，三篇JAP，五篇POP，兩篇TED，申請了7項發明專利，其中4項已獲授權。 本項目將為大規模功率合成提供重要的技術支撐，對高功率微波技術發展意義重大，對其套用起到重要的推動作用。