跳频工作的相对论磁控管研究

摘要

在以高功率微波效应为研究背景分析了不同频点的微波源对于高功率微波系统的影响后，广泛调研了相对论磁控管的发展历程及现状，进而引出了本文的核心内容：相对论磁控管的跳频技术。相对论磁控管的跳频技术是指在两个工作频点直接的变频技术，由于相对论磁控管中不同的工作频点对应着不同的工作模式，所以其跳频技术的实质是两种工作模式（π模与2π模）之间的跳变。
　　本文以经典的A6型相对论磁控管为依据，通过理论分析相对论磁控管的工作区间 B-H曲线，提出了三种能够实现相对论磁控管跳频技术的方案：①改变工作条件即电调谐方式实现相对论磁控管频率跳变。选取半径为12.3mm的圆柱阴极，调节工作电压或者工作磁场能够实现相对论磁控管输出频率的快速跳变，粒子模拟表明：固定磁场为7500Gs，当电压1100kV时，输出微波的中心频率2.83GHz，工作在π模式，当电压1200kV时，输出微波中心频率4.3GHz，工作在2π模式。固定电压为700kV，当磁场5750Gs时，中心频率2.85GHz，工作在π模式，当磁场5000Gs时，中心频率4.3GHz，工作在2π模式；②分析不同阴极半径情况下π模及2π模高频场的变化,得出结论当阴极半径较大时相对论磁控管有利于工作在2?模式，当阴极半径较小时有利于工作在?模式；③结合透明阴极理论：当阴极金属条数目与谐振腔个数相等时有利于相对论磁控管工作在2π模式，设计了一种6个扇形结构的透明阴极，当阴极角向与阳极块相对应时有利于工作在2?模式，输出微波的中心频率4.2GHz，当旋转阴极角向位置后，阴极角向与谐振腔相对应时其结构上等效于增大了阴阳极有效间距，在相同的工作条件下，其工作模式由2π模向π模跳变，输出微波的中心频率为2.9GHz。
　　最后在现有实验条件下，对半径大小为12.2mm、13.4mm、13.9mm、14.8mm的圆柱阴极进行了实验测试，限于实验设备的工作磁场的调节范围有限，当圆柱阴极半径为13.9mm时，实验过程测得了相对论磁控管的跳频现象：当工作电压592kV，磁场3805.6Gs时输出频率为3.9GHz，工作在2π模式；当工作电压672kV，磁场4877.6Gs时输出频率为2.53GHz，工作在π模式。实验表明调节工作条件能够实现相对论磁控管的跳频技术。

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第一章 绪 论

1.1 论文工作研究背景

1.2 相对论磁控管的发展历程及研究现状

1.3 论文的主要内容及工作创新点

第二章 相对论磁控管跳频途径的探究

2.1 磁控管的基本工作原理

2.1.1 磁控管的基本结构

2.1.2 磁控管的高频系统

2.1.3 磁控管的互作用过程

2.1.4 磁控管的工作区域

2.2 相对论磁控管的特殊性问题分析

2.3 相对论磁控管的跳频途径分析

2.3.1 相对论磁控管的工作模式

2.3.2 工作条件对相对论磁控管工作模式的影响

2.3.2 阴极半径对相对论磁控管工作模式的影响

2.3.4 透明阴极对相对论磁控管工作模式的影响

第三章 跳频工作的相对论磁控管仿真研究

3.1 改变工作条件实现相对论磁控管跳频

3.1.1 改变工作电压对相对论磁控管的仿真

3.1.2 改变工作磁场对相对论磁控管的仿真

3.1.3 相对论磁控管B-H曲线问题分析

3.2 改变阴极半径值实现相对论磁控管跳频

3.3利用透明阴极实现相对论磁控管跳频

3.3.1 透明阴极与圆柱阴极的起振快慢比较

3.3.2 透明阴极工作状态稳定性仿真

3.3.3 旋转透明阴极实现相对论磁控管跳频

第四章 相对论磁控管的跳频实验研究

4.1 实物模型

4.2 实验测试系统简介

4.3 实验系统的冷测

4.3.1 工作电压衰减系数的测量

4.3.2 工作电流衰减系数的测量

4.3.3 工作磁场的测量

4.4 实验系统的热测

4.4.1 阴极半径12.2mm的实验结果

4.4.2 阴极半径13.4mm的实验结果

4.4.3 阴极半径13.9mm的实验结果

4.4.4 阴极半径14.8mm的实验结果

4.4.5 扇形透明阴极的实验

4.5 实验小结

第五章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果