在模式場匹配理論和注波互作用非線性理論的基礎(chǔ)上，對(duì)TE01模W 波段回旋速調(diào)管冷腔模型進(jìn)行了模擬分析，通過分析結(jié)果建立了4腔高頻系統(tǒng)粒子模擬模型，并對(duì)其注波互作用進(jìn)行了詳細(xì)分析、計(jì)算，優(yōu)化得到在注電壓為75kV，注電流為15A，磁場為3.29T，輸入功率為72W，縱橫速度比α為1.5時(shí)，輸出功率為362kW，效率超過32%，增益為37dB的設(shè)計(jì)模型。

　　回旋速調(diào)管是一種快波器件，屬回旋管家族中的一員，具有高功率、高效率、高增益及一定帶寬等特點(diǎn)，適合作毫米波高性能雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)、毫米波通信、受控?zé)岷司圩兊认到y(tǒng)的功率源，廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、等離子體加熱及材料處理等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景，越來越受到人們的重視。

　　由于毫米波應(yīng)用系統(tǒng)的需要，目前回旋速調(diào)管放大器的發(fā)展主要集中在Ka波段和W 波段兩個(gè)大氣窗口，對(duì)應(yīng)的工作頻率分別為35GHz和94GHZ。作為兩個(gè)大氣窗口之一，由于W 波段微波能夠穿透電離層，具有獨(dú)特的傳輸特性，真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)使得使得W 波段回旋速調(diào)管的研究對(duì)軍事領(lǐng)域具有尤其重要的意義。

　　但是隨著頻率的提高，該波段較之Ka波段的回旋速調(diào)管具有尺寸更小并且加工精度更高等特點(diǎn)，而且尺寸變小使得放大器的功率容量變小，這些都對(duì)W 波段回旋速調(diào)管的研究提出了更高的要求。

　　本文首先根據(jù)場匹配理論建立了W 波段回旋速調(diào)管高頻結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，并利用高頻仿真軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其在W 波段獲得了高純度的工作模式。然后根據(jù)冷腔設(shè)計(jì)得到的模型，利用MAGIC粒子模擬軟件對(duì)其注-波互作用過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，詳細(xì)分析了漂移段長度、電子注電流和注電壓、橫縱速度比等參數(shù)對(duì)輸出功率、效率的影響。

　　1、理論分析

　　回旋速調(diào)放大器的圓柱諧振腔為兩端開孔的突變結(jié)構(gòu)諧振腔，其高頻場的分布以及諧振頻率和Q值的計(jì)算是一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，我們利用模式展開與場匹配理論對(duì)諧振腔體進(jìn)行了分析。如圖1所示，腔體由兩個(gè)突變結(jié)構(gòu)組成，下標(biāo)1和2表示腔體的左右部分。假設(shè)波導(dǎo)突變端兩側(cè)都存在一系列的入射波，反射波，其中F1、F2分別表示I區(qū)，II區(qū)的入射波的電場幅值；B1、B2分別表示I區(qū)，II區(qū)中反射波的電場幅值；ei1、ei2分別表示I區(qū)，II區(qū)中歸一化電矢量波函數(shù)；hi1、hj2分別表示I區(qū)，II區(qū)中歸一化磁矢量波函數(shù)；Zi1、Zj2分別表示I區(qū)，II區(qū)的特性阻抗。

圖1　具有突變結(jié)構(gòu)的諧振腔傳輸模式圖

　　4、結(jié)論

　　本文采用理論分析與高頻仿真軟件相結(jié)合的方法對(duì)W 波段回旋速調(diào)管的高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的研究分析，并對(duì)輸入腔、群聚腔和輸出腔進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)優(yōu)化得到的冷腔尺寸模型，利用三維粒子模擬軟件MAGIC 設(shè)計(jì)了一個(gè)工作于W 波段TE01模的四腔回旋速調(diào)管，詳細(xì)分析了漂移段長度、電子注電流和注電壓、橫縱速度比等參數(shù)對(duì)輸出功率、效率的影響。在注電壓為75kV，注電流為15A，磁場為3.29T，輸入功率為72W，縱橫速度比α為1.5時(shí)，輸出功率為362kW，效率超過32.%，增益為37dB。此設(shè)計(jì)方案可供3mm 回旋速調(diào)管的研制提供有利參考。