高次谐波同轴内外开槽潘尼管研究

潘尼管具有功率高、工作磁场低等特点，在小型化应用方面极具竞争力。但是随着潘尼管向更高频段发展，激烈的模式竞争是亟待解决的问题。本项目结合磁控管与回旋管的设计思想，提出一种新的同轴内外开槽潘尼管方案。该方案利用高次模下潘尼管内电子注集中于阳极腔壁附近，轴心区域没有电子的特点，将现有的波导开槽结构变为同轴波导内外开槽结构。该方案能有效的稀化模式谱，有利于减弱模式竞争，增强束波互作用，一定程度改变工作模式高频场的分布，降低高频率工作下的潘尼管对电子注的苛刻要求。本项目将对这种器件进行理论分析、数值模拟与实验研究。本项目的研究成果及解决的关键技术，为大功率紧凑型毫米波、亚毫米波源的研究奠定理论和实验基础，并为实用产品的开发提供技术方案。

项目对潘尼管的小信号与大信号理论展开了深入研究，并以大信号理论为基础，编制了潘尼管的自洽非线性数值计算程序。通过与粒子模拟程序CHPIC对比，验证了所编制程序的正确性与能快速获得结果的特点，解决了潘尼管在高频电大尺寸下的计算问题。利用编制的程序，对Ka波段三次谐波潘尼管开展了研究。研究指出电子交出能量的不同步以及高频场分布的不均匀性，将导致部分电子与高频场的同步条件被破坏，限制了高次谐波潘尼管的效率的提高。此外，电子束的偏心及速度零散对效率也具有明显影响。同时，针对Ka波段三次谐波潘尼管使用的电子枪也开展了部分研究。在本项目的支持下，培养了三名博士，6名硕士，发表了被SCI、EI等检索的文章15篇。