低电压频率可调太赫兹回旋管在生物医学和波谱学等领域具有重要应用。文章分析了超低电压(<1 k V)下采用传统开放腔互作用电路的330 GHz回旋管输出功率和频率调谐特性,探讨了超低电压下由于电子相对论效应减弱而导致的回旋管中电子注-波互作用耦合强度降低的问题。在此基础上,针对330 GHz超低电压回旋管提出了一种改进的互作用电路结构,其下倾式尾端结构有助于增大反向波幅度,提高弱相对论电子注与电磁波之间的耦合强度,从而提高回旋管的输出效率及频率调谐带宽。非线性模拟结果表明,在低至0.3 k V的超低电压下,采用此种互作用电路结构仍可获得大于1 W的连续波输出功率及22 GHz的连续调谐带宽,峰值输出效率大于7%。 结构往往能帮助拓宽回旋管的调谐带宽。这是因为相比于传统的均匀结构，在倾斜电路中轴向场模式的阶数更高［17］。因此，我们将图1所示初始腔体的均匀中间段的一部分改为倾斜的结构;同时，为增加回旋管腔体中的有效互作用长度，我们将原腔体中的截止段长度缩短为原来的一半;此外，为增大前向波反射，提高反向波幅度，将腔体尾端的上倾结构改为略微下斜的结构。为了令腔体更平滑，提高系统的稳定性，回旋管互作用结构-数控滚圆机液压滚弧机张家港电动液压滚圆机钢管滚弧机我们仍采用Hermit函数对腔体的结构曲线进行分段插值。改进和优化后的腔体结构如图5所示，其中，各段长度为Lc=1mm，L1=1mm，L2=10mm，Lu=5mm;各段半径为:rw0=3．795mm，rc=0．75rw0，ru=0．98rw0。图5改进型超低电压回旋管宽带互作用电路2．2新结构在超低电压下的输出和频率调谐性能我们对超低电压下采用改进互作用腔体结构的回旋管输出和频率调谐性能进行了数值模拟。回旋管工作参数仍如表1所示。基于回旋管的非线性理论，我们计算了磁场B0=12．2T、电子注电流Ib=0．5A时，不同电压(Ub=0．3～0．8kV)下回旋管的输出功率和效率，结果如图6和图7所示。图6表明，随着电子注电压的增大本文由公司网站滚圆机网站 转载中国知网整理! http://www.gunyuanjixie.com，回旋管的输出效率逐渐提高。此外，相较于传统腔体，相同电压下改进后的01微波学报2018年10月．2T、电流Ib=0．5A时，采用改进腔体的回旋管输出效率随电子注电压的变化图7磁场B0=12．2T，电子注电压Ub=0．8kV，电流Ib=0．5A时，采用改进腔体的回旋管输出功率随时间的变化采用新腔体的回旋管在不同电子注电压下，频率调谐性能如图8所示。与图4相似，随着电子注电压从0．3kV增大到0．8kV，回旋管调谐范围先增大后减小。此外，不同电子注电压下改进型腔体的调谐范围是原腔体工作频率范围(如图4)的两倍以上。图9对比了分别采用传统腔体和改进腔体的回旋管的频率调谐范围随电子注电压的变化情况。由图可见，新腔体结构的频率调谐范围远远大于传统腔体结构的频率调谐范围。此外，当电子注电流为0．5A，电压从0．6kV逐渐降低为0．3kV时，传统腔体的调谐带宽逐渐减小;而优化腔体的调谐带宽则略微增大。这是因为降低电压增大了电子的渡越时间，使注－波耦合时间增长;同时，尾部下倾的腔体结构提高了返波强度，使注－波耦合效率增大。这两点均使得电子注－波耦合的强度大大增加，从而补偿了由于降低电压导致电子注相对论效应减弱而引起的注－波耦合强度的减弱。这充分说明了我们提出的这种改进后的新互作用腔体结构能显著提高超低电压太赫兹回旋管的频率调谐带宽。图8采用改进型腔体，TE12，4模，不同电子注电压下回旋管频率调谐范围随磁场的变化情况图9传统腔体及改进后新腔体的频率调谐范围随电子注电压的变化3讨论如上所述，改进后的新腔体的尾部下倾式结构能增大前向波反射，提高反向波幅度，从而增大返波状态下的回旋管的注－波耦合强度回旋管互作用结构-数控滚圆机液压滚弧机张家港电动液压滚圆机钢管滚弧机本文由公司网站滚圆机网站 转载中国知网整理! http://www.gunyuanjixie.com