介绍了W波段四腔回旋速调管放大器的设计.放大器工作在基膜TE01圆电模式，电子束工作电压70 kV，工作电流6 A，设计的双阳极磁控式注入电子枪，电子束纵横速度比1.5，速度零散小于4%.采用粒子模拟方法分析了各种参数对器件性能的影响.模拟结果显示，设计的放大器在电子束速度零散4%的情况下，增益35 dB，带宽800 MHz，输出功率100 kW，效率为23.8%.

设计了一支3 mm 波段基波回旋速调管,该回旋速调管工作在低损耗的TE01模式,包含四个谐振腔。首先使用线性理论确定工作参数的大致范围, 然后采用HFSS软件设计单个谐振腔,通过调整谐振腔尺寸和腔壁介质层参数使谐振腔的谐振频率和Q值符合设计要求, 最后使用粒子模拟程序优化设计了回旋速调管的互作用电路,研究了谐振腔参差调谐方案, Q值对回旋速调管性能的影响, 互作用电路的稳定性以及电子注参数变化对注-波互作用性能的影响。PIC粒子模拟结果表明,在电子注电压65 kV, 电流6 A, α(V⊥/V∥)1.5, 工作磁场3.6 T时,回旋速调管的3 dB带宽约为600 MHz,在93.7 GHz获得139 kW 的峰值输出功率,效率为35.6%,增益为28.4 dB。模拟中没有考虑电子注速度零散的影响。

根据8 mm回旋速调管放大器对双阳极磁控注入电子枪的要求,分析了电极形状、阳极电压、磁场、注电流对电子注横纵速度比和速度零散的影响,并进行了粒子模拟.分析表明:这些因素可归根为电场和磁场的作用,阴极附近高的电场有助于提高横纵速度比和降低速度零散;而高的磁场及低的磁压缩比将降低横纵速度比,但对速度零散影响无明显规律.在此基础上通过优化电极形状、磁场分布、电流、第一阳极电压和第二阳极电压,模拟并试制出工作电压65 kV、电流12 A、磁场1.4 T的双阳极电子枪,得到的横纵速度比值为1.4,横向速度零散为4.5%, 为8 mm回旋速调管提供了稳定高质量的电子注.

给出了自洽非线性大信号理论分析方法,在理论分析和高频计算的基础上,建立了回旋速调管放大器注-波互作用计算模型,对其进行数值计算.研究多种参量对放大器输出功率、增益、效率等的影响,通过优化得到了中心频率34 GHz的四腔回旋速调管放大器设计方案.粒子模拟表明:在工作电压65 kV,注电流8 A,电子注横向与纵向速度比为1.5时,输出功率230 kW,带宽230 MHz,电子效率45%,饱和增益33 dB.

根据谐波回旋速调管放大器的注-波互作用特点,对Ka波段二次谐波三腔回旋速调管放大器的输出腔进行了数值模拟和优化设计,获得了输出腔末端高频波绕射输出孔径和腔体绕射Q值的对应关系.通过PIC粒子模拟,分析了该放大器的频率响应特点等输出特性.结果表明,在35 GHz频率,磁场0.685 T,电子注电压70 kV,电流15 A,横纵速度比为1.45,输入功率1.6 kW时,放大器可以获得超过220 kW的峰值输出功率、约22%的效率和23 dB的增益,3 dB带宽可达到110 MHz.

计算了8 mm二次谐波回旋速调管双阳极电子枪的设计参数,根据这些参数,采用EGUN软件进行模拟和优化,设计出了一只双阳极磁控注入电子枪,该枪的电子束纵横速度比为1.45,速度零散为5.4%,并讨论了电极形状、磁场分布、电流、控制极电压和第二阳极电压对电子注性能的影响,结果发现电子注对这些影响因子非常敏感,设计中应对它们进行充分优化.

对高平均功率微波、毫米波输出窗的反射和吸收功率进行了理论分析,以蓝宝石输出窗为例,给出了低反射、低吸收的高平均功率回旋速调管放大器输出窗的设计方案.该放大器输出窗厚度为1.35mm,半径为9mm,工作频率为34GHz,在加工误差小于2%的情况下,输出窗反射率小于1%,当平均输出功率为10kW时窗片的吸收功率为2.5W.

对新型回旋速调管放大器的链式群聚腔-TE模簇腔进行研究,通过三维电磁模拟对其进行分析和计算,讨论了损耗介质对群聚腔Q值的影响,以及内外腔耦合孔数量对谐振特性的影响.模拟计算结果和冷测实验吻合得很好.最后,为正在研制中的Ka波段三次谐波倍增回旋速调管放大器设计了一种链式群聚腔.