描述了在四腔強流相對論速調管模擬設計過程中出現(xiàn)的由于腔間耦合產(chǎn)生的高次模振蕩現(xiàn)象，分析了這種振蕩產(chǎn)生的原因，并從整管結果上探索了抑制這種高次模振蕩的方法。利用MAGIC模擬軟件，通過研究諧振腔Q 值、漂移管長度、以及束波互作用程度等參數(shù)的變化對腔間耦合的影響，在極小程度降低輸出微波功率的情況，有效抑制了腔間耦合。最終在功率10kW、頻率2.88GHz的注入微波激勵下，獲得了功率3.7GW、效率22%、增益56dB且頻譜純的輸出微波，有效抑制了高次模振蕩。

　　近年來，高功率微波(HPM)器件發(fā)展非常迅速。速調管的高功率、高效率、高穩(wěn)定性等優(yōu)點使其在HPM 器件發(fā)展過程中，得到了廣泛的研究和應用。然而強流相對論速調管中，由于其束流強度較大，常常會出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。自激振蕩不僅會影響速調管的效率和增益，嚴重時還會導致器件無法正常工作。產(chǎn)生自激振蕩的機理主要有三種：單腔振蕩，電子回流，腔間耦合。本文研究的是如何抑制在四腔強流相對論速調管的模擬設計過程中出現(xiàn)腔間耦合引起的自激振蕩。在探索抑制腔間耦合引起高次模振蕩的過程中，文獻通過在速調管諧振腔內噴涂吸波材料來減低振蕩模式的有載品質因子從而實現(xiàn)高次模振蕩;文獻通過在主諧振腔外接吸收腔的方法來抑制高次模的振蕩。以上消

　　除高次模振蕩的方法均對輸出微波功率的影響較大。本文通過改變四腔強流相對論速調管結構并添加適當?shù)奈�波材料，在高增益的情況下有效抑制由于腔間耦合產(chǎn)生的高次模振蕩。

　　1、相對論速調管放大器中腔間耦合現(xiàn)象

　　在對四腔強流相對論速調管進行整管模擬過程中(整管結構圖如圖1所示)，出現(xiàn)了如圖2所示的脈沖縮短現(xiàn)象。圖2中在計算時間小于150ns時，輸出微波包絡平坦，但當計算時間超過150ns時，輸出微波功率下降并出現(xiàn)了波形抖動現(xiàn)象。觀察粒子的相空間(圖3)，沒有發(fā)現(xiàn)電子回流，且各諧振腔結構參數(shù)的選擇也保證了諧振腔不會產(chǎn)生單腔振蕩，因此可以排除電子回流或單腔振蕩。

　　觀察各諧振腔間隙電壓的頻譜圖(圖4)，發(fā)現(xiàn)兩個中間腔以及輸出腔均存在幅值基�？杀葦M的5.76GHz高次模。而且整管的軸向電場分布圖(圖5)中，第二、三段漂移管中存在明顯的TM01模電場的傳輸。漂移管半徑Rd1=2.4cm，其對圓波導中TM01模的截止頻率為4.78GHz;當速調管的漂移管半徑Rd2=2.2cm，其對圓波導中TM01模的截止頻率為5.20GHz，也就是說漂移管對5.76GHz的電磁波是不截止的，那么速調管中存在由于腔間耦合產(chǎn)生的高次模振蕩。

圖1　速調管整管結構圖　圖2　輸出功率包絡圖　圖3　粒子的相空間圖

圖4　第一個中間諧振腔、第二個中間諧振腔和輸出腔的間隙電壓頻譜圖

　　結論

　　通過采用2.5維粒子模擬(PIC)軟件對注入微波功率為10kW、頻率為2.88GHz的強流相對論速調管(IRKA)進行模擬，并從整管上分析了各參數(shù)對高次模振蕩的影響。通過不斷的優(yōu)化調節(jié)，模擬得到了3.74GW 的輸出微波，效率達到22%，增益56dB，進一步加深了對強流相對論速調管束波互作用的認識。