描述了在四腔強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管模擬設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的由于腔間耦合產(chǎn)生的高次模振蕩現(xiàn)象，分析了這種振蕩產(chǎn)生的原因，并從整管結(jié)果上探索了抑制這種高次模振蕩的方法。利用MAGIC模擬軟件，通過(guò)研究諧振腔Q 值、漂移管長(zhǎng)度、以及束波互作用程度等參數(shù)的變化對(duì)腔間耦合的影響，在極小程度降低輸出微波功率的情況，有效抑制了腔間耦合。最終在功率10kW、頻率2.88GHz的注入微波激勵(lì)下，獲得了功率3.7GW、效率22%、增益56dB且頻譜純的輸出微波，有效抑制了高次模振蕩。

　　近年來(lái)，高功率微波(HPM)器件發(fā)展非常迅速。速調(diào)管的高功率、高效率、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)使其在HPM 器件發(fā)展過(guò)程中，得到了廣泛的研究和應(yīng)用。然而強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管中，由于其束流強(qiáng)度較大，常常會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。自激振蕩不僅會(huì)影響速調(diào)管的效率和增益，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件無(wú)法正常工作。產(chǎn)生自激振蕩的機(jī)理主要有三種：?jiǎn)吻徽袷�，電子回流，腔間耦合。本文研究的是如何抑制在四腔強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管的模擬設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)腔間耦合引起的自激振蕩。在探索抑制腔間耦合引起高次模振蕩的過(guò)程中，文獻(xiàn)通過(guò)在速調(diào)管諧振腔內(nèi)噴涂吸波材料來(lái)減低振蕩模式的有載品質(zhì)因子從而實(shí)現(xiàn)高次模振蕩;文獻(xiàn)通過(guò)在主諧振腔外接吸收腔的方法來(lái)抑制高次模的振蕩。以上消

　　除高次模振蕩的方法均對(duì)輸出微波功率的影響較大。本文通過(guò)改變四腔強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管結(jié)構(gòu)并添加適當(dāng)?shù)奈�波材料，在高增益的情況下有效抑制由于腔間耦合產(chǎn)生的高次模振蕩。

　　1、相對(duì)論速調(diào)管放大器中腔間耦合現(xiàn)象

　　在對(duì)四腔強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管進(jìn)行整管模擬過(guò)程中(整管結(jié)構(gòu)圖如圖1所示)，出現(xiàn)了如圖2所示的脈沖縮短現(xiàn)象。圖2中在計(jì)算時(shí)間小于150ns時(shí)，輸出微波包絡(luò)平坦，但當(dāng)計(jì)算時(shí)間超過(guò)150ns時(shí)，輸出微波功率下降并出現(xiàn)了波形抖動(dòng)現(xiàn)象。觀察粒子的相空間(圖3)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電子回流，且各諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇也保證了諧振腔不會(huì)產(chǎn)生單腔振蕩，因此可以排除電子回流或單腔振蕩。

　　觀察各諧振腔間隙電壓的頻譜圖(圖4)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)中間腔以及輸出腔均存在幅值基�？杀葦M的5.76GHz高次模。而且整管的軸向電場(chǎng)分布圖(圖5)中，第二、三段漂移管中存在明顯的TM01模電場(chǎng)的傳輸。漂移管半徑Rd1=2.4cm，其對(duì)圓波導(dǎo)中TM01模的截止頻率為4.78GHz;當(dāng)速調(diào)管的漂移管半徑Rd2=2.2cm，其對(duì)圓波導(dǎo)中TM01模的截止頻率為5.20GHz，也就是說(shuō)漂移管對(duì)5.76GHz的電磁波是不截止的，那么速調(diào)管中存在由于腔間耦合產(chǎn)生的高次模振蕩。

圖1　速調(diào)管整管結(jié)構(gòu)圖　圖2　輸出功率包絡(luò)圖　圖3　粒子的相空間圖

圖4　第一個(gè)中間諧振腔、第二個(gè)中間諧振腔和輸出腔的間隙電壓頻譜圖

　　結(jié)論

　　通過(guò)采用2.5維粒子模擬(PIC)軟件對(duì)注入微波功率為10kW、頻率為2.88GHz的強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管(IRKA)進(jìn)行模擬，并從整管上分析了各參數(shù)對(duì)高次模振蕩的影響。通過(guò)不斷的優(yōu)化調(diào)節(jié)，模擬得到了3.74GW 的輸出微波，效率達(dá)到22%，增益56dB，進(jìn)一步加深了對(duì)強(qiáng)流相對(duì)論速調(diào)管束波互作用的認(rèn)識(shí)。