一种新型A10相对论性衍射输出高功率磁控管，工作频率为9.8 GHz

《IEEE Transactions on Plasma Science》：A Novel A10 Relativistic Diffraction Output High-Power Magnetron Operating at 9.8 GHz

三维粒子加速器模拟研究表明，A10相对论磁控管（MDO）在约9.8 GHz工作频率下可实现高功率与高效率输出，其高磁场运行特性（远超Hull极限）表现为慢功率调制现象，电子纵向运动在双极板势阱中的动力学机制与A8 MDO一致，验证了能量守恒条件下的稳定工作模式。

　　

摘要：

本文利用三维粒子模拟（3-D PIC）技术研究了一种具有衍射输出（MDO）的A10型相对论磁控管。这种磁控管的运行频率约为9.8 GHz，更接近实际应用所需的频率范围，且能够实现高功率和高效率输出。在磁场强度远高于Hull极限的情况下，其输出信号的幅度表现为相对较低频率下的功率调制，调制幅度可达输入功率的两倍，同时不存在模式竞争现象，且能量守恒关系也未被破坏。这一特性在A8型磁控管中已被观察到，并通过分析电子电荷在由两个导电反射器（阴极端盖）限定的势阱中的纵向运动动力学得到了解释。当前的研究结果也进一步证实了这一机制。

引言

近年来，X波段的高功率微波（HPM）源受到了广泛关注[1][2][3]，这促使我们开始研究具有衍射输出的磁控管（MDO）。事实上，20世纪70年代最早研究的两种相对论磁控管之一就是X波段的A8型MDO[5]。我们对这种磁控管进行了小幅改进和测试[6]，使用的电压低于Kovalev和Fuks最初设计的电压。三维粒子模拟预测该装置存在模式竞争问题。实验结果表明，当使用最大幅度为250 kV、持续时间为450 ns的脉冲驱动该磁控管时，能够产生8.6 GHz左右的微波信号，效率为20%。然而，当采用固体爆炸发射等离子体作为阴极时，脉冲长度会被显著缩短，最长不超过60 ns。