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摘要

针对传统相对论返波管振荡器低磁场工作束波转换效率较低的问题, 本文提出并研究了一种带中间调制腔链及TM ₀₂模式提取腔的相对论返波管模型: 中间调制腔链用于进一步群聚电子束, 提高电子束的基波调制深度; TM ₀₂模式的提取腔用于提高返波管的 Q值, 增强提取腔中的驻波电场; 漂移段用于调节电子束在调制腔链中的群聚相位和提取腔中的换能相位. 在此基础上, 设计了一个S波段高效率相对论返波管振荡器, 器件输出微波功率4.2 GW, 频率2.38 GHz, 束波转换效率达到50%, 引导磁场强度0.7 T.

关键词:

Abstract

New applications for high-power microwave (HPM) have aroused the intense interest in the development of HPM sources. The relativistic backward wave oscillator (RBWO), as one of the most promising HPM sources, has proved to be a competitive candidate for generating multi-gigawatt HPM at L, S, C, and X-band. But for the conventional RBWO, in order to maintain high conversion efficiency, a high enough magnetic field is required to confine the intense relativistic electron beam. Obviously, it can lead to high energy consumption and bulkiness. Therefore, to fulfill the requirements for applications, enhancing the conversion efficiency of the RBWO at low magnetic field has received much attention and has been investigated extensively. In this paper, we present a well-designed RBWO model with a cavity-chain modulator and a TM ₀₂mode extractor to enhance the conversion efficiency at a low guiding magnetic field. The operation characteristics of the device are investigated in detail in this paper. Moreover, the function of each part of the device for enhancing the conversion efficiency is confirmed by the particle-in-cell simulation. In the device, the cavity-chain modulator is introduced to strengthen the beam bunching process. The TM ₀₂extractor after the modulator increases the Q-factor of the RBWO due to its partial reflection to the outgoing microwave. The increase of the Q-factor can enhance the standing electric field in the extractor. If the phase is appropriate, the extractor can convert the kinetic beam power into the RF power efficiently. The drift tubes between the reflector, the modulator and the extractor are used to adjust the bunching phase and the conversion phase of the modulated electron beam in the RF field. Moreover, an S-band high efficiency RBWO is designed and verified by the particle-in-cell simulation. An output power of 4.2 GW at a frequency of 2.38 GHz is obtained in the simulation. And the conversion efficiency reaches 50% when the guiding magnetic field is 0.7 T.

Keywords:

作者及机构信息

吴洋^1,2,
周自刚²

1.
2.

通信作者:周自刚,zhouzigang1973@163.com

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 11875228)资助的课题

Authors and contacts

Wu Yang^1,2,
Zhou Zi-Gang²

1.
2.

Corresponding author:Zhou Zi-Gang,zhouzigang1973@163.com

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11875228)

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