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基于樹編碼的分層參數優化方法設計X-Band TM02類速調管相對論性逆向波振蕩器

《IEEE Transactions on Electron Devices》：X-Band TM02 Klystron-Like Relativistic Backward-Wave Oscillator Design via Tree-Encoding-Based Hierarchical Parameter Optimization

【字體：大中小】 時間：2026年02月25日 來源：IEEE Transactions on Electron Devices 3.2

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　　提出基于樹編碼的多目標優化算法（TMOA）用于高壓真空電子器件的層級參數優化，綜合考慮結構參數相關性，優化高頻結構周期數及單元參數。設計TM02相對論反向波振蕩器，通過粒子仿真驗證其在9.6 GHz下實現2.5 GW輸出功率、736 kV電壓、9.2 kA電流及2.8 T磁場，轉換效率達36.9%，相位匹配與能量分布優化起主要作用。

摘要：

本文提出了一種基于樹編碼的多目標優化算法（TMOA），用于高功率真空電子器件（HPVEDs）的層次參數（HP）優化。該算法考慮了HPVEDs的結構參數之間的相關性，從而能夠同時優化器件高頻結構中的周期數以及每個單元的參數。利用TMOA設計了一種高效的X波段TM02型相對論性后向波振蕩器（KL-RBWO）。粒子模擬（PIC）結果顯示，這種KL-RBWO在二極管電壓為736 kV、電流為9.2 kA、引導磁場為2.8 T的條件下，能夠輸出2.5 GW的功率，工作頻率為9.6 GHz，并且其微波轉換效率提升至36.9%。機制分析表明，高效的KL-RBWO實現了軸向電磁場與電子流之間的更好相位匹配，電子束中的能量分布更加合理，諧波電流分布也更加理想。

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