S波段紧凑型相对论磁控管的模拟计算和分析

为了实现高功率微波器件的小型化,文中设计了一款在低磁场条件下高效率工作的S波段同轴输出的相对论磁控管。采用“荷叶型”输出结构直接提取高频场能量,使得器件在径向尺寸上结构更加紧凑,并在输入端引入阴极帽,进一步约束了高频场区域的轴向漂移电子,使得高频场能量充分转换,从而获得较高的输出功率及转换效率,同时增强了器件工作的稳定性。在全电磁粒子模拟软件CHIPIC中建立三维模型,分析了不同尺寸的“荷叶型”输出结构对磁控管输出性能的影响。经优化设计后,模拟仿真结果显示,该相对论磁控管在工作电压180 kV,外加磁场0.27 T的条件下,具有200 MW的输出功率和44.3%的功率转换效率,其工作频率为2.425 GHz,输出模式为TEM模。