开槽波导3次谐波回旋行波放大管非线性理论与数值模拟
四、结果与讨论
表1给出了互作用电路参数，各图表曲线相关参数见相应图表标注.图3给出了驱动功率为20W情况下，效率与电子速度比值α的关系.图中B0、Bg分别为直流磁场和共振点磁场，ω为高频场频率，ωc为波导截止频率.由于在回旋行波管中波的能量取自于电子的横向能，又由于当α值增大，电子的横向能量以及回旋半径也随着增大，因此互作用效率也就随着α增大而增大.但当α增大到一定值后，注波互作用达到饱和，同时由于电子注回旋半径过大，电子在波导壁上产生截获，这样互作用效率又随α值增大而减小.
| 内半径 | 1.024mm |
| 外半径 | 1.465mm |
| 电路长度 | 87.9mm |
| 注电压 | 60kV |
| 注电流 | 6A |
| α | 1.3 |
| 直流磁场 | 11.674kG |
| 高频场模式 | π |
| 谐波次数 | 3 |
| 工作频率 | 95.08GHz |
| 模拟结果 | |
| 饱和效率 | 22.8% |
| 饱和输出功率 | 82kW |
| 饱和增益 | 36.15dB |
图3 效率与电子注速度比值α的关系(s=3,πmode,I=6A,V=60kV,ω/ωc=1.032， 图4所示为饱和效率、饱和增益与B0/Bg值之间的关系，虚线为饱和增益曲线.图中γz为纵向速度分量的相对论因子.图示表明，一方面，降低B0/Bg值，有助于提高饱和互作用效率，但B0/Bg值不能太低，否则失谐加重，注波互作用难以达到同步，饱和效率便会迅速降低；另一方面，增加B0/Bg的值却有利于提高饱和增益.总的来说，磁场失谐率的选择应在效率和增益之间作优化折衷.
图4 饱和效率及增益与B0/Bg值的关系(s=3,π mode,I=6A,V=60kV,ω/ωc=γz, 图5所示电流分别为3A、6A和9A情况下(a)饱和效率、(b)饱和增益随频率变化的关系.可以看出饱和效率、饱和增益以及饱和带宽都随电流的增长而有所增加.在6A和图示情况下，饱和带宽为7%，电流为3A增大到9A时，饱和带宽从4.6%增大到8.3%. |
图5 不同电流下，(a)饱和效率(b)饱和增益随频率变化的关系(s=3,π mode,V=60kV,α=1.3,B0/Bg=0.99)
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