维普资讯 http://www.cqvip.com 第１９卷第４期 ２００７年４月 强 激 光 与 粒 子 束 Ｈ ＩＧ Ｈ ＰＯＷＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＢＥＡＭＳ Ｖｏ１．１９，ＮＯ．４ Ａｐｒ．，２００７ 文章编号：１００１—４３２２（２００７）０４—０６４７—０４ 双阶梯阴极型磁绝缘线振荡器设计与模拟 王 冬 。， 范植开。， 陈代兵。， 邓景康 ， 郭焱华。， 何 琥。， 龚海涛。， 安海狮。 （１．清华大学物理系，北京１０００８４；２．中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川绵阳６２１９００） 摘 要： 结合负载型磁绝缘线振荡器（ＭＩＬＯ）和渐变型ＭＩＬＯ的特点，提出了一种新型双阶梯阴极 型ＭＩＬＯ。该器件前２个叶片为扼流片，中间３个叶片为主作用叶片，后面１个为提取叶片，在电流发射区与 慢波结构径向相对的阴极部分分为３段，形成双阶梯阴极结构。根据Ｍａｘｗｅｌｌ方程和Ｆｌｏｑｕｅｔ定理导出其色 散方程，并对其振荡主频作了理论分析。２．５维粒子模拟表明，器件工作频率为１．２１ ＧＨｚ，与理论预测相符， 双阶梯的引入，对器件阻抗和振荡频率影响较小。在工作电压４５８ ｋＶ、电流４Ｏ．５ ｋＡ条件下，双阶梯阴极结构 将ＭＩＬＯ输出功率从２．２０ ＧＷ提高到２．８８ ＧＷ，功率转换效率从１２．０ 提高到１５．５ 。 关键词：高功率微波；磁绝缘线振荡器；色散特性；双阶梯阴极结构 中图分类号：ＴＮ７５２．５ 文献标识码：Ａ １９８７年Ｒ．Ｗ．Ｌｅｍｋｅ和Ｍ．Ｃ．Ｃｌａｒｋ提出了一种新型高功率微波器件——磁绝缘线振荡器（ＭＩＬＯ）［１］， 内绝缘机制使它不需要外加引导磁场，有利于提高功率和小型化，具有广阔的应用前景。然而由于将大约２／３ 的总电流作为负载电流来形成自磁绝缘，ＭＩＬＯ的工作效率有一个上限［２］，并且它工作在兀模式，电磁波群速 度约为零，不利于能量的提取。经过十几年的发展，在增大提取效率和器件输出功率方面已经取得了重要进 展，ＭＩＬＯ已成为一种重要的Ｇｗ级高功率微波源，其典型代表为Ｒ．Ｗ．Ｌｅｍｋｅ等人设计的负载型ＭＩ— ＬＯ［２］和Ｊ．Ｗ．Ｅａｓｔｗｏｏｄ等人设计的渐变型ＭＩＬＯ［３］，在Ｌ波段目前已获得高于２ ＧＷ的微波输出，功率转换 效率大于１０％。 负载型ＭＩＬＯ一般为６腔或５腔结构［２“］，这种结构叶片数目较少，利于结构紧凑设计和小型化。渐 变型ＭＩＬＯ叶片数目较多，慢波结构较长，但是其渐开型阳极结构可以增大微波在提取区的群速度，有利于能 量提取。本文综合以上两种模型的优点，设计了新型双阶梯阴极结构ＭＩＬＯ，该器件既保持了负载型ＭＩ— ＬＯ结构紧凑的特点，又使波一束互作用区变成渐开结构，有利于提高转换效率。 １色散方程推导 本文研究的双阶梯阴极型磁绝缘线振荡器如图１（ａ）所示，前２个叶片为扼流片，中间３个叶片为主作用 叶片，后面１个为提取叶片，在电流发射区阴极为双阶梯结构。为了研究其色散特性，对主慢波结构进行抽象， 建立起多阶梯结构模型，如图１（ｂ）所示，ｒ （ｚ），ｒ 。，ｒ ｉ分别表示阴极半径、阳极外半径和阳极内半径，叶片厚度 为ｔ，谐振腔宽度为ｄ，轴向周期夕一 ＋￡，△ｒ为阴极阶梯深度。严格地讲，在这类系统中周期性条件嘲不再满 ］ｌ０ ＼ａｎｏｄ。 。／ｃａｔｈｏｄｅ］ ｌ （ｂ）ｍｕｌｔｉ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ＭＩＬＯ Ｆｉｇ，１ ￣ｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔＷＯ ｔｙｐｅ ｏｆ ＭＩＬＯｓ （ａ）ｄｏｕｂｌｅ Ｉａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ＭＩＬＯ 图１ 双阶梯阴极型ＭＩＬＯ与多阶梯阴极ＭＩＬＯ结构示意图 ＊收稿日期：２００６－１１－１６； 修订日期：２００７—０３—０５ 基金项目：国家８６３计划项目资助课题 作者简介：王冬（１９８１一），男，博士研究生，主要从事高功率微波技术的研究；ｗ－ｄ０４＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ，ｅｄｕ，ｃｎ。 维普资讯 http://www.cqvip.com ６４８ 强 激 光 与 粒 子 束 第１９卷 足，但在半径变化较小的情况下，可以忽略非周期性的影响，认为Ｆｌｏｑｕｅｔ定理近似成立［６］。 我们研究角向均匀的ＴＭ模式。根据Ｍａｘｗｅｌｌ方程组和Ｆｌｏｑｕｅｔ定理，场分量可以表示为 工区：ｒｃ（ ）≤ｒ≤ Ｅ：Ｉ（ｒ，ｚ）一 ，一 Ａ ［Ｋ。（Ｇｒ ）Ｉｏ（ ｒ）一Ｉ。（Ｇｒ ）Ｋ。（Ｇｒ）］ｅｘｐ（－－ｊ ｚ） ∞ （１） Ｈ ，Ｉ（ｒ，ｚ）＝ ：一ｊ ￡ｒ Ａ Ｋ。（Ｇｒ ）Ｉ１（ ｒ）＋Ｉ。（Ｇｒ ）Ｋ１（Ｆ．ｒ）］ｅｘｐ（－ｊ ｚ） ∞ （２） 式中： ＝岛＋２ｎ￣／ｐ，卢：一 一（ ／ｃ）。；Ｉ。，Ｉ ，Ｋ。，Ｋ 分别为第１类和第２类虚宗量Ｂｅｓｓｅｌ函数。 Ⅱ区：ｒ ｉ≤ｒ≤ｒ 。，在ｐ《 条件下（ 为空间波长）［５］ Ｅ，Ⅱ（ｒ，ｚ）一ｋ。Ｂ［－Ｎｏ（ｋｒ 。）Ｊｏ（ ）一Ｊｏ（ｋｒ 。）Ｎｏ（ ）］ｅｘｐ（一ｊ岛 ） Ｈ ，Ⅱ（ｒ，ｚ）一ｊ ｅｋＢＩＮｏ（ｋｒ 。）Ｊ１（ ）一Ｊｏ（ｋｒ 。）Ｎ１（ｋｒ）］ｅｘｐ（－－ｊ岛 ） 式中：Ｊ。，Ｊ ，Ｎ。，Ｎ 分别为第１类和第２类Ｂｅｓｓｅｌ函数。为了简化表示，可令 Ｆ０（ｒ 。，ｒ ｉ）一Ｎｏ（ｋｒ 。）Ｊｏ（ｋｒ ｉ）一Ｊｏ（ｋｒ 。）Ｎｏ（ｋｒ ｉ） （３） （４） （５） Ｇｏ［ｒ （ｚ）， ］一Ｋｏ［ ｒ （ｚ）３ｉｏ（ ｒ ｉ）一Ｉｏ［ ｒ （ｚ）］Ｋｏ（ ｒ ｉ） Ｆ１（ｒ 。，ｒａｉ）一Ｎｏ（ｋｒ 。）Ｊ１（ｋｒ ｉ）一Ｊｏ（ｋｒ。。）Ｎ１（ｋｒ ｉ） （６） （７） Ｇ１［ｒｃ（ｚ），ｒａｉ］一Ｋｏ［ ｒ （ｚ）３ｉ１（ ｒ ｉ）＋Ｉｏ［ ｒ （ｚ）］Ｋ１（ ｒ ｉ） 场的连续性，可得 （８） 按照文献［７］计算渐变型ＭＩＬＯ色散曲线的方法，在ｒ一 的面上作近似场匹配，利用切向电场和切向磁 ∑Ｇ （ｒ 一 △ｒ￣ｒａｉ） 一 ∑Ｇｏ（ｒ 一５Ａｒ， ） １—』 ｌ＿———————————一 ＿ｌ （９） （９）式即为多阶梯阴极磁绝缘线振荡器ＴＭ模的色散方程，其中 为阴极阶梯数目，ｒｃ为阴极起始段半径。当 ＜Ｏ时，取 —Ｊ Ｊ，Ｇ０和Ｇ 分别为 Ｇｏ［ｒｃ（ｚ），ｒ＇ａｉ］一Ｎｏ［ ｒ （ｚ）］Ｊ。（ ）一Ｊ。［ ｒ （ｚ）］Ｎ。（ ｒ ；） （１０） （１１） Ｇ ｒｏ（ ）， ｉ］一Ｎｏ［ ｒ （ ）］Ｊ （ ｒ ｉ）一Ｊｏ［ ｒ （ ）］Ｎ （ ｒ。ｉ） 对于分区均匀或非均匀阶梯的情形，（９）式中求和符号∑改为分段求和即可。 当Ａｔ＝０时，（９）式可以简化为 妻 即与文献［８３中结果一致。 ｄ［Ｓｉｎｃ（ 一 （１２） ２理论设计和主频分析 为了验证双阶梯阴极型ＭＩＬＯ的工作效率，在中国工 程物理研究院Ｌ波段阶梯阴极型ＭＩＬＯ现有结构 ］基础 上设计了一套双阶梯阴极ＭＩＬＯ模型，如图１（ａ）所示。扼 流片的内外半径分别为７．５ ｃｍ，１４ ｃｍ；主慢波叶片的内外 半径分别为８．６ ｃｍ，１４ ｃｍ；提取叶片的内外半径分别为１Ｏ ｃｍ，１４ ｅｍ；慢波结构周期３．９ ｃｍ，叶片厚度０．７ ｃｍ；与慢 波结构径向相对的阴极部分分为三段，其半径分别为５．３， ４．９，４．６ ｃｍ，长度分别为８．５，１０．０，７．８ ｃｍ；阳极收集筒内 外半径分别为７．６ ｃｍ和８．２ ｃｍ。将以上参数代人公式 （９），通过数值计算得到ＭＩＬＯ冷腔色散曲线如图２所示。 ＴＭ。。模为ＭＩＬＯ的工作模式，从图中可见其７ｃ模对应工作 频率为１．２８ ＧＨｚ。 Ｆｉｇ．２ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ＭＩＬＯ 图２双阶梯阴极型ＭＩＬＯ色散曲线 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 王 冬等：双阶梯阴极型磁绝缘线振荡器设计与模拟 ６４９ ３粒子模拟和分析 对双阶梯阴极型ＭＩＬＯ进行２．５维粒子模拟研究，由于谐振模式为角向对称的ＴＭ。。模，模拟中器件结构 使用２维模型，电磁场使用３维模型且认为角向分量均匀。在器件人口处输入ＴＥＭ波，电流采用自洽发射模 型，在强电场的作用下，电子从阴极的侧面发射。打到收集极上的电子通过支撑杆流向阳极，形成磁绝缘电流。 该电流产生一个与径向电场正交的角向磁场，慢波结构（ＳＷＳ）区的电子在正交的电磁场（Ｅ，，Ｂ一）作用下沿轴 向漂移。当电子束速度与慢波结构中ＴＭ。。模相速度接近时形成谐振，产生高功率微波，电子束能量转化为微 波能量。 模拟结果如图３所示，图３（ａ）和图３（ｂ）分别为电压电流波形，工作电压电流分别为４５８ ｋＶ和４０．５ ｋＡ， 器件阻抗１】．３ Ｑ。图３（ｃ）为饱和工作时电子相空间图，在强微波场的调制下，电子束形成电子轮辐。其中，向 提取间隙喷射的电子也形成一个轮辐，有利于提高束一波互作用效率。图３（ｄ）为输出微波功率随时间变化图， 微波峰值功率（周期平均功率）２．８８ ＧＷ，功率转换效率１５．５ 。图３（ｅ）和图３（ｆ）分别为微波输出口处径向 电场分量及其频谱，从图上可见微波振荡频率为１．２１ ＧＨｚ，与理论预测相符。而对现有实验结构［９］的粒子模 拟表明，工作电压４５４ ｋＶ时，工作电流４Ｏ．１ ｋＡ，器件阻抗１１．３２ Ｑ，振荡频率１．２２ ＧＨｚ，微波峰值功率（周期 平均功率）２．２Ｏ Ｇｗ，功率转换效率１２．０ 。 ＿【．．Ｎ＝０ＩＩ＿Ｅ．＞茎一／（ 吣一 Ｆｉｇ．３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ＭＩＬＯ 图３双阶梯阴极型ＭＩＬＯ模拟结果 双阶梯的引入，对器件阻抗和振荡频率影响较小。在其余条件不变的情况下，双阶梯阴极型ＭＩＬＯ使微 波输出功率从２．２０ ＧＷ增加到２．８８ ＧＷ，功率转换效率从１２．０ 增加到１５．５ ，可见双阶梯阴极型ＭＩＬＯ 可以使器件在较低工作电压条件下获得较大的微波输出，降低ＭＩＬＯ对脉冲功率源的要求。 ４优化设计 与文献［９］中结构相比，阴极中间段引入的位置和半径的不同，对计算结果有一定影响。在阴极总长度和 第三段长度保持不变的情况下，改变阴极第二段长度ｚ ，计算结果如表１所示。在其余参数不变的情况下改变 表１ 改变阴极第二段长度对计算结果的影响 表２ 改变阴极第二段半径对计算结果的影响 维普资讯 http://www.cqvip.com ６５Ｏ 强 激 光 与 粒 子 柬 第１９卷 阴极第二段半径ｒ：，计算结果如表２所示。 ５ 结 论 综合负载型ＭＩＬＯ与渐变型ＭＩＬＯ的特点对现有实验模型进行改进，设计了Ｌ波段双阶梯阴极型 ＭＩＬＯ，并推导了该结构的色散关系。通过粒子模拟软件对该结构进行了优化研究，在电压４５８ ｋＶ、电流４０．５ ｋＡ条件下获得了峰值功率（周期平均功率）２．８８ ＧＷ，频率１．２１ ＧＨｚ的微波输出，功率转换效率１５．５ 。与 现有实验结果的对比表明，双阶梯阴极的引人，对器件阻抗和振荡频率影响较小，可以显著提高器件微波输出 功率和转换效率。 参考文献： ［１］Ｌｅｍｋｅ Ｒ Ｗ，Ｃｌａｒｋ Ｍ Ｃ．Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ［Ｊ］．Ｊ Ａｐｐ Ｐｈｙｓ，１９８７，６２（８）：３４３６—３４４０． ［２］Ｌｅｍｋｅ Ｒ Ｗ，Ｃａｌｉｃｏ Ｓ Ｅ，Ｃｌａｒｋ Ｍ Ｃ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｌｏａｄ—ｌｉｍｉｔｅｄ，ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＭＩＬＯ）［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉ，１９９７，２５（２）：３６４—３７４． ［３］Ｅａｓｔｗｏｏｄ Ｊ Ｗ，Ｈａｗｋｉｎｓ Ｋ Ｃ，Ｈｏｏｋ Ｍ Ｐ．Ｔｈｅ ｔａｐｅｒｅｄ ＭＩＬ０［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉ，１９９８，２６（３）：５９８—７１３． ［４］樊玉伟，舒挺，王勇，等．紧凑型Ｌ波段磁绝缘线振荡器的实验研究［Ｊ］．强激光与粒子束，２００４，１６（１１）：１４５３—１４５６．（Ｆａｎ Ｙ Ｗ，Ｓｈｕ Ｔ， Ｗａｎｇ Ｙ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｍｐａｃｔ Ｌ ｂａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ．Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｒｎｓ，２００４，１６（１１）：１４５３－１４５６） ［５］张克潜，李德杰．微波与光电子学中的电磁理论［Ｍ］．北京：电子工业出版社，１９９４．（Ｚｈａｎｇ Ｋ Ｑ，Ｌｉ Ｄ Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｈｅｏｒｙ ｆｏｒｍｉｃｒｏ— ｗａｖｅｓ ａｎｄ ｏＤｔｏｅ１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，１９９４） ［６］徐福锴，丁武．一种柱一锥盘荷波导的色散关系厂Ｊ］．强激光与粒子束，２００３，１５（２）：１８０—１８３．（Ｘｕ ＦＫ，ＤｉｎｇＷ．Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｙｌｉｎ— ｄｅｒ ｃｏｎｅ ｄｉｓｋ—ｌｏａｄｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ，２００３，１５（２）：１８０—１８３） ［７］王冬，邢庆子，黄峰，等．渐变型磁绝缘线振荡器色散关系的研究［Ｊ］．强激光与粒子柬，２００６，１８（４）：６２３—６２６．（Ｗａｎｇ Ｄ，Ｘｉｎｇ Ｑ Ｚ，Ｈｕａｎｇ Ｆ．ｅｔ ａ１．Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔａｐｅｒｅｄ ＭＩＬＯ．Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ，２００６，１８（４）：６２３—６２６） ［８］张晓萍，钟辉煌．磁绝缘线振荡器同轴慢波结构色散特性分析［Ｊ］．强激光与粒子束，２００４，１６（３）：３６３—３６６．（Ｚｈａｎｇｘ Ｐ，Ｚｈｏｎｇ Ｈ Ｈ＿Ａｎａｌ— ｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｎ ＭＩＬＯ ｃｏａｘｉａｌ ＳＷＳ．Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ，２００４，１６（３）：３６３—３６６） ［９］ Ｃｈｅｎ Ｄ Ｂ，Ｆａｎ ｚ Ｋ，Ｄｏｎｇ ｚ Ｗ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ＭＩＬＯ［ｃ］／／Ｐｒｏｃ ｏｆ ＥＡＰＰＣ．２００６． Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ ．ＦＡＮ Ｚｈｉ—ｋａｉ。。ＣＨＥＮ Ｄａｉ—ｂｉｎｇ。，ＤＥＮＧ Ｊｉｎｇ—ｋａｎｇ ， ＧＵＯ Ｙａｎ－ｈｕａ。．ＨＥ Ｈｕ。。 ＧＯＮＧ Ｈａｌ—ｔａｏ。， ＡＮ Ｈａｌ—ｓｈｉ。 （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣＡＥＰ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ ９１９—１０１５，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１９００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｓ ｆｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏａｄ—ｌｉｍｉｔｅｄ ＭＩＬＯ ａｎｄ ｔａｐｅｒｅｄ ＭＩＬＯ，ｆｌ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ＭＩＬＯ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａ— Ｄｅｒ．Ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ＭＩＬＯ ｈａｓ ｓｉｘ ｖａｎｅｓ，ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｔｗｏ ｗｏｒｋ ａｓ ｔｈｅ ＲＦ ｃｈｏｋｅｓ，ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｔｈｒｅｅ ｗｏｒｋ ａｓ ｔｈｅ ｓｌｏｗ ｗａｖｅ ｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｏｎｅ ｗｏｒｋｓ ａｓ ｆｌ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｘｔｒａｃｔｏｒ．Ａｓ ｆｌ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ，ｉｔｓ ｃａｔｈｏｄｅ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｄｉｉ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅａｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ Ｍａｘｗｅｌｌ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｆｌｏｑｕｅｔ’ｓ ｔｈｅｏｒｅｍ，ｔｈｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＴＭ ｍｏｄｅｓ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．２．５ Ｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｍｕｌａ— ｔｉｏｎ ｔｅｌｌｓ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ １．２１ ＧＨｚ ｗｈｉｃｈ ａｇｒｅｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ｈａｓ ｌｉｔｔｌｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｎｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ．Ｕｎｄｅｒ ａ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ４５８ ｋＶ ａｎｄ ａ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ４０．５ ｋＡ，ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｄｖａｎｃｅｓ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｆｒｏｍ ２．２０ ＧＷ ｔｏ ２．８８ ＧＷ。ａｓ ｆｌ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ １２．０ ｔｏ １５．５ ． Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ— Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ； Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＭＩＬＯ）；ｔｉｃ：Ｄｏｕｂｌｅ ｌａｄｄｅｒ ｃａｔｈｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
