開槽波導3次諧波回旋行波放大管非線性理論數值模擬

圖6所示為幾個不同磁場失諧率下飽和增益以及飽和效率隨頻率變化的關系.由圖可見，磁場失諧率對飽和增益、飽和效率及飽和帶寬都有較大影響，B0/Bg值的提高有利于飽和增益及飽和帶寬的提高，但飽和效率卻有所降低.在圖示條件下，當B0/Bg值從0.983增大到0.998時，飽和帶寬從4.8%增大到9.3%.

圖6　不同磁場失諧率下，(a)飽和增益及(b)飽和效率隨頻率變化的關系(s=3,π mode,I=6A,V=60kV,α=1.3)

圖7為在不同磁場失諧率下飽和效率隨諧波次數的變化關系.由圖表明，飽和效率隨諧波次數的增大而降低，B0/Bg值越低，諧波次數對飽和效率的影響越大.

圖7　飽和效率隨諧波次數的變化關系(π mode,I=6A,V=60kV,α=1.3,ω/ωc=γz,rL/a=0.7)

圖8所示為不同諧波次數下飽和效率隨頻率的變化關系.圖示表明諧波次數對飽和帶寬有較大影響.在圖示條件下，諧波次數從2增大到4時，飽和帶寬從10.3%減小到5.7%.

圖8　不同諧波次數下飽和效率隨頻率的變化關系(π mode,I=6A,V=60kV,α=1.3,B0/Bg=0.99,ω/ωc=γz,rL/a=0.7)

五、結束語

本文在單模和未考慮空間電荷效應及波導壁損耗的情況下，對95GHz3次諧波回旋行波管注波互作用進行了數值計算，得出了一些重要的互作用規律.研究結果表明，開槽波導高次諧波回旋行波管能在較低的磁場下和較寬的頻帶范圍內，獲得較高的互作用效應.高次諧波互作用降低了管子對磁場的要求，使采用永久磁鐵成為可能，但諧波次數的增高會削弱注波互作用效率和帶寬.由于在π模式中，高頻場能量主要集中于高次諧波項中，而在2π模式中，能量主要集中于零次諧波項中，因此，π模式較2π模式更有利于高次諧波放大.適當降低磁場失諧率B0/Bg的值，有利于提高飽和互作用效率，但飽和增益及帶寬卻有所降低.適當提高橫縱向速度比值(V⊥/Vz)、電流值以及輸入功率，有利于帶寬、增益和互作用效應的提高.另外，速度零散對注波互作用亦有較大影響，隨著速度零散的增加，注波互作用效率、增益都有所降低.