通過(guò)三維仿真軟件CST-MSW 建立了平面線(xiàn)形排列的多注分布作用速調(diào)管五間隙諧振腔的物理模型，獲得了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)腔體的場(chǎng)形、特性阻抗等相關(guān)冷參數(shù)的影響。在工作模式頻率相同的情況下，對(duì)平面線(xiàn)形排列的多注分布作用速調(diào)管五間隙腔體和帶狀注速調(diào)管傳統(tǒng)的啞鈴型五間隙腔體參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。研究表明，平面線(xiàn)形排列的多注分布作用速調(diào)管諧振腔具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、有效互作用阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在一定頻帶范圍內(nèi)這種平面線(xiàn)形排列的多注分布作用速調(diào)管諧振腔具有較少的非工作模式，這對(duì)實(shí)際工程制管具有重要指導(dǎo)意義。

　　平面線(xiàn)形排列的多注分布作用速調(diào)管是在傳統(tǒng)帶狀注速調(diào)管(SBK) 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，是一種新型的微波器件，它繼承了帶狀電子注的優(yōu)點(diǎn)，在一維方向上擴(kuò)展為較大的尺寸，另一個(gè)維度上滿(mǎn)足頻率與幾何尺寸共度性效應(yīng)，同時(shí)有效降低了陰極的電流發(fā)射密度和空間電荷力，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì) ，同時(shí)可以避免帶狀電子注在傳輸過(guò)程中容易造成的扭結(jié)和不穩(wěn)定性等問(wèn)題，有望在高頻段乃至太赫茲頻段獲得高功率微波輸出,因而在軍用空間武器和空間微波系統(tǒng)中具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和巨大的發(fā)展前景。

　　早在1999 年，俄羅斯的M. Yu Vorobyev 和I. A.Freydovich在電子學(xué)和超高頻射電物理學(xué)會(huì)議上報(bào)告了平面排列電子注的多注速調(diào)管設(shè)計(jì)方案，但是當(dāng)時(shí)受到計(jì)算機(jī)發(fā)展水平和三維模擬軟件的限制，電子槍的設(shè)計(jì)存在缺陷，實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有得到預(yù)期的效果。后來(lái)，俄羅斯的A. V. Galdetskiy提出了一種新型的采用類(lèi)似帶狀電子注電子槍的平面線(xiàn)形排列多注速調(diào)管的設(shè)計(jì)方案，為此類(lèi)新型器件的研制奠定了基礎(chǔ)。

　　本文具體介紹了這種平面線(xiàn)形排列W 波段五間隙多注速調(diào)管分布作用諧振腔的模擬設(shè)計(jì)，分析其沿x、y以及電子注運(yùn)動(dòng)方向各尺寸變化時(shí)，諧振腔各參數(shù)的變化情況，并與傳統(tǒng)五間隙帶狀注分布作用諧振腔進(jìn)行了對(duì)比研究。

1、諧振腔及其物理設(shè)計(jì)

　　平面線(xiàn)形排列多注分布作用速調(diào)管繼承了帶狀注速調(diào)管的優(yōu)點(diǎn)，為使橫向電場(chǎng)均勻，電子注能與電場(chǎng)進(jìn)行高效的注波互作用，其高頻諧振系統(tǒng)依然采用啞鈴型諧振腔，諧振腔中間部分為一段波導(dǎo)，波導(dǎo)末端為兩個(gè)大小相同的耦合腔，其尺寸與中間波導(dǎo)不同。如圖1 所示，給出了該型速調(diào)管諧振腔的結(jié)構(gòu)圖及XY 和XZ 視圖。這種平面線(xiàn)形排列的多注分布作用速調(diào)管，其多個(gè)電子注在漂移管內(nèi)有各自的通道，因此無(wú)相鄰電子注電場(chǎng)力的作用。與帶狀注相比，采用這種新型結(jié)構(gòu)有效避免了電子注在磁場(chǎng)作用下的扭結(jié)問(wèn)題，同時(shí)，由于每個(gè)電子注通道內(nèi)的電流較小，使得在獲得高的諧振頻率的同時(shí)又不會(huì)激起自激振蕩。

圖1 平面多注與帶狀注五間隙諧振腔結(jié)構(gòu)圖

　　對(duì)于多間隙腔體，其單個(gè)間隙上的電場(chǎng)要比單間隙腔降低了很多，不容易出現(xiàn)電壓擊穿，考慮到這一點(diǎn)，在此選用了典型的五間隙諧振腔為例來(lái)研究多間隙腔體的一些特性。圖1(a) 左側(cè)即為用CSTMSW仿真軟件建立的平面線(xiàn)形排列多注分布作用速調(diào)管五間隙諧振腔的物理模型。w 、h、z 分別為中間波導(dǎo)沿x 、y、z 方向的尺寸，w2、h2、z 2 分別為耦合腔沿x 、y、z 方向的尺寸，h3 為電子注直徑，d1 為電子注之間的間距，d 為多間隙的間距。其中，d2=4.9 mm，d1= 1.4 mm，d = 1.55 mm，z3= 10 mm，z 2=7.2 mm，這些尺寸在諧振腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整時(shí)是不變的�；�模諧振頻率為94.43 GHz，Q0= 1600.71，R/ Q= 110.46 8，此處R/Q 為八個(gè)電子注通道的平均阻抗。在工作頻率相同的情況下，相應(yīng)五間隙帶狀注諧振腔的Q0= 1770.73，R / Q= 124.07 8 。速調(diào)管的諧振腔一般采用工作在TM110模式的啞鈴型諧振腔。

　　圖2 即為平面線(xiàn)形排列多注分布作用速調(diào)管與帶狀注速調(diào)管電場(chǎng)Ez 沿中心線(xiàn)及z方向的電場(chǎng)分布。

圖2 平面多注與帶狀注電場(chǎng)Ez 沿不同方向的場(chǎng)強(qiáng)分布

結(jié)論

　　本文主要在三維仿真軟件CST-MWS 平臺(tái)上，對(duì)這種基于帶狀注的平面線(xiàn)形排列多注分布作用速調(diào)管諧振腔進(jìn)行了設(shè)計(jì)和模擬。分析了五間隙腔體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)特性阻抗以及場(chǎng)形的影響，找出了影響腔體場(chǎng)形及特性阻抗的敏感參數(shù)。同時(shí)分析了諧振腔內(nèi)的模式競(jìng)爭(zhēng)，并與帶狀注相應(yīng)間隙諧振腔就一些參數(shù)變化進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，這種結(jié)構(gòu)的速調(diào)管不僅避免了電子注在磁場(chǎng)作用下的扭結(jié)問(wèn)題，而且無(wú)論場(chǎng)形、阻抗以及其頻率對(duì)參數(shù)的敏感程度都要比帶狀注諧振腔低很多。本文研究結(jié)果對(duì)于提高W 波段速調(diào)管的注波互作用效率具有重要的參考價(jià)值。