S 波段高功率多束速调管环形谐振腔中 TM n,1,0 模不稳定性研究

《IEEE Journal of Photovoltaics》：Study of T M n,1,0 Mode Instabilities in the Annular Cavities of an S-Band High-Power Multibeam Klystron

　　

摘要：本文研究了S波段多束速调管环形腔中，在非对称束流条件下由TM_n,1,0模式引起的束流不稳定性。在S波段或更高频的多束速调管（MBK）中，环形腔表现出较高密度的高阶模式（HOM），尤其是在高功率设计中。TM_n,1,0模式有可能在倒数第二个腔体内引发束流破碎（BBU）不稳定性。我们提出了一种解析方法研究束流到TM_n,1,0模式的功率传输，以阐明束流电流的方位角不对称性是激发非期望TM_n,1,0模式的前提条件。在单束丢失场景下对S波段8子束速调管的粒子模拟（PIC）仿真证实了倒数第二个腔体中存在不稳定性，该不稳定性由二次谐波频率处的TM_7,1,0模式驱动。为缓解此问题，我们提出了一种解决方案，即在环形腔外边界均匀分布14个凸缘，在内边界设置14个对应凹槽，从而将简并的TM_7,1,0模式分裂为两个模式。此外，我们还讨论了用于二次谐波聚集的C波段环形腔中TM_0,1,0与TM_1,1,0模式之间的模式竞争问题，该问题可通过改善输入腔中长轴方向电场在方位角上的均匀性得到有效解决。