相位特性是目前制约多注相对论速调管放大器进一步拓展应用的关键参数之一, 为了有效提高器件输出微波相位的稳定性, 利用一维非线性理论对X波段强流多注速调管放大器开展了理论研究, 得到由强流脉冲特性引起的腔体杂频以及电子束运动速度变化率是造成输出微波相位波动的部分主要原因, 同时基于18注实心电子束构成的X波段多注相对论速调管放大器开展了强流脉冲特性对输出微波频率和相位影响的数值计算, 最后利用粒子模拟手段对理论结果进行验证。理论和模拟结果一致表明: 强流脉冲的前沿和波动都将导致器件内实际工作频率的偏移, 并引起相位波动; 在脉冲前沿段, 脉冲前沿长度越短, 器件内实际工作频率偏移越大, 相位波动幅度越大; 在脉冲平顶段, 脉冲波动导致的频率偏移与电压变化率相关, 与电压的幅值无关, 而脉冲电压波动导致的输出微波相位波动由电压变化率及其变化幅度两者共同决定。

用KARAT-3D全电磁PIC程序,对多注速调管设计模型波束相互作用的物理过程进行3维数值模拟,给出了输出功率、电流等基本的物理参数.在输入电压14 kV,电流20.8 A时候,得到了128 kW的峰值输出功率,峰值效率是43.8%.考察了电子在高频场的运动和电流调制,分析了电流在各互作用腔中的调制,并对多注速调管不同发射度时电子传输进行了研究.结果表明:电子均匀发射时高频场的调制对电流传输效率影响不大,电流和电场调制随着腔的增加而增加.电子能量在输出腔的位置减小很多,电子有一部分能量转化为微波.

研究了M个束、N个共振腔的多束速调管(MBK)的增益和带宽,得到了描述小信号增益和带宽与器件结构参数和电子束参数关系的公式,给出了在不同参数下增益随频率的变化曲线.分析了多腔对增益,多束对带宽的影响.计算结果表明:多腔可以提高增益;多束可以降低Q值,从而可以增中带宽,带宽增加工了3.6%,还可以提高增益;对于MBK,频率交叉调谐对增加带宽不如频率调谐好;空间电荷波只对增益有影响,对带宽没有影响.最后,预估一种L带多束速调管的增益带宽为8.1%.

发展了一种计算多注速调管双重入式谐振腔的计算方法.根据场的 等效原理将(模型等效后)腔体划分为二个规则区域,每个区域上的场由公共界面上的虚设 磁流所激发.利用格林函数积分法可求得各场的分布,由相邻区域公共边界场的匹配条件得 到场匹配方程,从而求解出腔体谐振频率,并采用微扰法对计算数据予以修正,同时可得到 腔体另一重要参数特性阻抗.另外使用HFSS软件仿真腔体,并给出计算、仿真、实测数据比较.

多注速调管放大器对激励功率有十分苛刻的要求.文章提出了采用可编程控制器研制自适应均衡器的方法,自适应均衡器根据速调管输出微波峰值功率大小自动控制电调衰减器,从而达到控制速调管激励功率的目的.它可以克服信号电平、行波管增益、线路衰减与速调管特性诸多因素的影响,保证速调管始终工作在最佳激励状态,获得最大的功率输出.