回旋速调管注波互作用瞬态非线性理论与模型研究

本文利用自洽非线性理论对回旋速调管放大器中的电子注-波互作用进行了时域瞬态分析,建立了多腔回旋速调管非线性理论,给出了相应的电子运动方程和复数形式的互作用瞬态场方程.探讨了调制腔、中间腔、和输出腔中注-波互作用的模型和研究方法,考虑了电子速度零散对注-波互作用的影响.最后利用FORTRAN语言给出并分析了一支Kα波段四腔回旋速调管注-波互作用的数值计算结果,经与实验值和PIC模拟结果相比较,三者较为符合. 关键词： 回旋速调管 电子注-波互作用 瞬态非线性理论     

94GHz基波复合腔回旋管数值模拟

通过对94 GHz基波复合腔回旋管中谐振腔结构、电子注参数以及注-波互作用过程的模拟计算研究,分析了复合腔回旋管的高频结构特性和工作参数优化问题.给出了基波H61 -H62模式对复合腔回旋管的模拟设计结果.数值模拟结果表明:在电子注电压40 kV、电流5A、电子横纵速度比1.3、工作磁场3.6T时,回旋管可获得78 k...     

回旋速调管注-波互作用非线性理论研究

 利用自洽非线性理论对回旋速调管放大器中的电子注-波互作用进行了时域瞬态分析,建立了多腔回旋速调管非线性理论,给出了相应的电子运动方程和复数形式的互作用瞬态场方程。给出并分析了一支工作在TE01模Ka波段四腔回旋速调管注-波互作用的数值计算结果,当电子注电压为72.8 kV,电流为11.8 A,速度零散为5%时,可以得到335 kW的最大饱和功率输出,39.6%的电子效率及320 MHz的饱和带宽,与实验值相比较,二者较为吻合。     

波瓣波导谐振腔太赫兹回旋管的研究

以电子回旋脉塞非线性理论为基础, 结合三维电磁仿真软件, 通过导入高频场数值解替代理论解析的方法, 对波瓣波导谐振腔高次谐波太赫兹回旋管进行了理论和模拟研究. 给出了该类回旋管的起振电流、耦合系数以及注波互作用效率等重要参数, 并在此基础上设计了一只工作频率为0.4 THz, 工作模式TE₃₃模三次谐波波瓣波导谐振腔回旋管, 其电子注参数为1.0 A, 40.5 kV, 横纵速度比1.5,互作用区引导磁场为5.09 T, 输出功率达到3.3 kW.     

回旋速调管放大器时域非线性理论与模拟

研究了一种回旋速调管放大器时域非线性理论模型.该模型由广义电报方程来表示回旋速调管内的电磁场,采用引导中心近似的电子运动方程来推动粒子,由粒子更新得到的电流密度为源激励电磁场.基于上述理论模型,从回旋速调管电子注横向速度满足高斯分布出发,建立了速度分散的分布模型,编写了相应的时域非线性注波互作用模拟程序,对回旋速调管放大器的注波互作用进行了深入的分析和研究,并应用粒子模拟软件与自洽非线性模拟程序进行对比验证,两者结果基本一致.     

渐变复合腔回旋管高次谐波注-波互作用非线性模拟

利用含电流的传输线方程,在考虑多模与电子注互作用及多模耦合的情况下,对三次谐波渐 变复合腔回旋管进行了非线性模拟,计算了H₅₁-H₅₂模式下三次谐 波注波互作用,分析了多模对注-波互作用的影响. 关键词： 回旋管 渐变复合腔 多模注-波互作用 模式耦合 高次谐波     

95 GHz三次谐波回旋管设计

采用线性理论和非线性理论研究了回旋管谐振腔结构、寄生模式抑制及注波互作用等问题。设计了一支工作在95 GHz的三次谐波回旋管,注波互作用结构采用标准开放式谐振单腔,工作模式为TE64, 采用电压45 kV、电流5 A、横纵速度比为1.5的小回旋电子注。在不考虑电子注速度离散及厚度的情况下,非线性理论分析表明,该回旋管可以获得14 kW功率输出,横向互作用效率约为18%,整管效率约11%。     

3 mm波段回旋速调管放大器设计与粒子模拟

设计了一支3 mm 波段基波回旋速调管,该回旋速调管工作在低损耗的TE01模式,包含四个谐振腔。首先使用线性理论确定工作参数的大致范围, 然后采用HFSS软件设计单个谐振腔,通过调整谐振腔尺寸和腔壁介质层参数使谐振腔的谐振频率和Q值符合设计要求, 最后使用粒子模拟程序优化设计了回旋速调管的互作用电路,研究了谐振腔参差调谐方案, Q值对回旋速调管性能的影响, 互作用电路的稳定性以及电子注参数变化对注-波互作用性能的影响。PIC粒子模拟结果表明,在电子注电压65 kV, 电流6 A, α(V⊥/V∥)1.5, 工作磁场3.6 T时,回旋速调管的3 dB带宽约为600 MHz,在93.7 GHz获得139 kW 的峰值输出功率,效率为35.6%,增益为28.4 dB。模拟中没有考虑电子注速度零散的影响。     

3 mm波段二次谐波渐变复合腔回旋管的非线性模拟

 利用含电流的传输线方程,并在考虑多模注-波互作用及多模耦合的情况下,利用自主开发的多模高次谐波渐变结构复合腔回旋管的注-波互作用数值模拟软件,对3 mm波段二次谐波渐变复合腔回旋管进行了自洽非线性模拟,分析了H₀₂-H₀₃模式对下磁场系数、电流、电子注速度比对注-波互作用效率的影响。计算结果表明,在合适的腔体结构尺寸下,以及合适的磁场系数、电流、速度比下,注-波互作用效率可达27％。     

8mm波段三次谐波复合腔回旋管的非线性分析

利用含电流的传输线方程,在考虑了诸多实际因素影响的情况下,对三次谐波渐变复合腔回旋管进行了自洽非线性模拟,计算了H₅₁₁-H₅₂₁模式下三次谐波多模注波互作用,分析了电子注的厚度、速度零散、速度比α值及磁场波动对多模注波互作用的影响 关键词： 回旋管 复合腔 多模注波互作用 速度零散 速度比α     

W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

回旋行波管是下一代高分辨率成像雷达、高速率远程通信等电子系统首选的高功率电磁波辐射源,在国防安全方面具有重要的战略意义,研究发现,螺旋波纹波导回旋行波管具有较大的带宽,较高的电子效率及稳定性,本文从有源麦克斯韦方程组出发,系统地推导了螺旋波纹波导的色散方程及非线性注波互作用理论,数值计算结果与已有的实验报道基本相符,在此基础上,设计了W波段螺旋波纹回旋行波管,工作电压为80kV,工作电流为5A,中心频率为95GHz,3dB带宽约4.5%,饱和增益为52dB,最大输出功率为142kW,电子效率达20%—35%.最后,本文计算了电流、电压及输入功率的改变对W波段螺旋波纹波导回旋行波管输出性能的影响。     

Self-Consistent Nonlinear Simulation of a Severed Slotted Gyro-TWT

The behavior of a two-stage slotted Gyro-TWT amplifier is evaluated with a self-consistent nonlinear slow-timescale simulation code. The effects of the sever position and the lengths of the first section, sever, and the second section on beam-wave interaction are discussed in this paper. And the influences of the magnetic field and the electron beam's velocity spread on efficiency, gain and bandwidth are also simulated and discussed in detail. The electron beam we employ encircles around the axis of the wave guide.     

W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

本文从有源麦克斯韦方程组出发, 系统地推导了螺旋波纹波导的色散方程及非线性注波互作用理论, 数值计算结果与已有的实验报道基本相符.在此基础上,设计了W波段螺旋波纹回旋行波管, 工作电压80 kV, 工作电流5 A, 中心频率95 GHz, 3 dB带宽约4.5%, 饱和增益52 dB, 最大输出功率142 kW, 电子效率达20%-35%.最后,本文计算了电流, 电压及输入功率的改变对W波段螺旋波纹波导回旋行波管输出性能的影响.     

回旋行波管多模稳态理论及初步应用

建立了一种回旋行波管的多模稳态理论.利用该理论研究了输入功率和引导中心半径变化对回旋返波振荡的抑制作用,发现两者单独作用都在一定程度上可以减弱返波振荡,但两者的共同作用对改善工作模式输出性能和稳定性更有效.     

二次谐波回旋行波管Cusp电子枪的模拟与实验研究

 利用3D PIC软件和乌克兰开发的电子光学计算软件TAU对二次谐波回旋行波管Cusp电子枪进行模拟，提取电子的3维运动速度计算横纵速度比。在阳极电压和阴极电流变化的条件下，对电子速度比和速度零散随之而变化的情况进行了模拟，得到平均速度比1.1和平均速度零散9.5%的结果。基于电子平均半径，并根据电子平均半径与横向速度、纵向速度的关系提出了一种实验测量速度比的方法。当电子轰击荧光屏玻璃时，玻璃上的荧光物质感应到光斑，测量空心光斑的平均半径可计算得到电子速度比，其结果与模拟值误差15%。     

Enhancing the accelerated beam current in the booster synchrotron by optimizing the transport line beam propagation

In this paper, we present the results of transverse beam emittance and twiss parameter measurement of an electron beam, delivered by a 20 MeV microtron which is used as a pre-injector system for a booster synchrotron in the Indus Accelerator Facility at RRCAT Indore. Based on these measured beam parameters, beam optics of a transport line was optimized and its results are also discussed in this paper. This beam transport line is used to transport the electron beam from the 20 MeV microtron to the booster synchrotron. The booster synchrotron works as a main injector for Indus-1 and Indus-2 synchrotron radiation facilities. To optimize the beam optics of a transport line for proper beam transmission through the line as well as to match the beam twiss parameters at the beam injection point of another accelerator, it is necessary to know the transverse beam emittance and twiss parameters of the beam coming from the first one. A MATLAB-based GUI program has been developed to calculate the beam emittance and twiss parameters, using quadrupole scan method. The measured parameters have been used for beam transport line optimization and twiss parameters matching at booster injection point. After this optimization, an enhancement of ～50% beam current has been observed in the booster synchrotron.     

同轴回旋行波放大器的理论和数值研究

 给出了一组描述同轴回旋行波放大器中波束相互作用的非线性自洽方程组，对该放大器的运行特性进行了研究。得到：在小信号区，辐射场的增益随同轴波导的内外半径比b/a的增加而增加，达到饱和时的辐射功率仅略有下降；内外导体管壁上的功率损耗密度随b/a的增加而减小。采用电压为90kV，电流为10A，纵向速度零散度为3%，速率比为1的电子束，在34.26～36.78GHz的频率范围内，计算得到了峰值功率约230kW的微波输出，相应的增益和效率分别为46.6dB和25.5%，带宽为7%，内外导体管壁上功率的最大损耗分别为80和56W/cm²。     

Study on optical electron polarimeter and measurement of the relative Stokes parameters of weak light

In this paper, we present the research on an optical electron polarimeter, which is used to determine the polarization of an incident electron beam by measuring the relative Stokes parameters of the fluorescence emitted from the He gas following the impact excitation with the electron beam. The fundamental theory of the optical electron polarimeter is discussed with the 3³P→2³S transition of He. The structure and performance of the instrument are described, which are different in some aspects from previous works. The arrangement of the experiment for measuring the relative Stokes parameters of linearly polarized weak light is also investigated, which actually involves the same processes as the polarization measurement with the incident electron beam. The results obtained are in agreement with the theoretical prediction.     

束参数瞬态测量在复杂环境中的电磁干扰及兼容设计技术

强流电子束束参数瞬态测量系统在直线感应加速器的复杂电磁环境中会受到强电磁的干扰,主要包括:干扰特性、干扰机理、数学描述、抑制措施、防范措施等,这些干扰既针对电路又针对系统,从而对束参数瞬态测量系统测量的稳定性以及测量数据的有效性都有很大的影响。介绍时间分辨测量系统的原理,分析了瞬态脉冲干扰的成因和抑制方法,给出了束参数测量系统的实验布局和特点,进一步探讨电子器件电性能受瞬态脉冲干扰后的抑制措施,其目的是为了达到减少或消除干扰,破坏干扰信号的传输条件,从而提高整个系统的抗干扰能力及可靠性。通过采用光纤传输控制信号可以很好地传输窄脉冲,减少信号延时抖动,以达到高速信号的可靠稳定传输;利用紧凑嵌入式方法,提高了抗电磁干扰的能力,可以更好保护测量系统电子器件,提高整个系统的抗干扰能力。     

远红外自由电子激光器的性能和可能的应用(英文)

本文提出了远红外自由电子激光器(FIRFEL)的现实优点:对电子束质量要求不太苛刻;比较经济;对远红外区的非线性和相干性研究是唯一的合适的光源。分析了自由电子激光器增益与电子束和摆动器参量的关系,指出对给定的发射度存在一特定的波长,当波长比特定波长短时,增益将急骤下降。概述了远红外区的重要物理现象以及远红外自由电子激光器的可能的应用,预期这些研究对THz电子学发展是很重要的。