陈再高，王 癑

（1.西北核技术研究所，西安710024；2.西安交通大学 电子与信息工程学院，西安710049）

多电子束发射相对论返波管的三维数值模拟

陈再高1，2，王 癑1

（1.西北核技术研究所，西安710024；2.西安交通大学 电子与信息工程学院，西安710049）

在X波段相对论返波管中引入多电子束发射阴极，采用三维共形全电磁PIC粒子模拟软件对返波管进行了模拟。结果表明：多电子束发射阴极的面积为环形阴极面积的20%，产生的电流与环形阴极相同；采用多电子束发射阴极的相对论返波管能稳定地输出功率。与采用环形阴极的相对论返波管相比，由于多电子束发射阴极所产生的电子束与电磁波的相互作用降低，器件的输出功率下降11%，达到稳定输出功率的时间延迟5 ns。

高功率微波；相对论返波管；三维共形全电磁PIC模拟；多电子束发射阴极

在对多个相对论返波管进行功率合成时，相对论返波管输出功率的同步性及相位的一致性对功率合成的效果有较大影响，多电子束发射阴极能很好地保证阴极电子发射的同步性，有效提高器件的工作时长及重复频率工作的稳定性。由于多电子束发射阴极的引入使器件变成非轴对称结构，无法采用2.5维粒子模拟软件对器件进行数值模拟研究，因此，本文采用三维共形全电磁PIC粒子模拟软件对均匀爆炸电子发射的X波段相对论返波管及多电子束发射阴极的X波段相对论返波管进行了数值模拟研究［6- 9］。

1 均匀爆炸电子发射时X波段相对论返波管数值模拟

当整个阴极发射面均采用爆炸电子发射时，采用三维共形全电磁PIC粒子模拟软件对相对论返波管器件结构进行了模拟，器件的三维模型如图1所示，模拟结果如图2－图6所示。……