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用3维PIC程序对S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔内的微波提取情况进行了模拟,给出了产生微波的详细物理图像。模拟结果表明:采用双间隙输出腔能增加束波互作用长度,使提取到的微波功率和效率得到提高。模拟得到了输出微波功率随直流渡越角、随电子束外径与漂移管之间的距离、随基波调制深度以及耦合孔径向间距变化的规律。在电子束压580 kV、束流4 kA、基波调制深度80%、引导磁场1.5 T的条件下,模拟得到周期时间平均功率800 MW,频率约2.85 GHz,周期时间平均效率34.8%的微波。 相似文献
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基于渡越辐射机理结合径向结构的低阻抗特性,提出了一种新型的低阻抗高功率微波器件——径向三腔渡越时间振荡器,它由3个等间距的边耦合同轴腔组成,径向运动电子束与谐振腔中的角向均匀模式场相互作用。采用PIC粒子模拟程序进行了模拟研究。在电子束能量450 keV、束流60 kA且无外加引导磁场的条件下,当结构参数网长为4.8 cm,腔间距为1.4 cm,电子发射面为0.8 cm,内径为8 cm时,获得了平均功率7.4 GW,频率4.1 GHz的微波输出,效率达27.4%,阻抗7.5 Ω。通过粒子模拟给出了束波互作用效率随电子束电压、电流以及谐振腔间距的变化曲线,电子束电压对输出微波频率的影响曲线以及不同谐振频率与最佳谐振腔间距的对应曲线,这些曲线表明该器件具有渡越时间效应的基本特征,属于渡越辐射器件,且具有对电子束质量要求不高的特点。 相似文献
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提出了一种新结构的X波段五腔渡越管振荡器,进行了理论和实验研究。根据场分布进行了一维非线性分析,结果表明该结构可以产生高功率微波,并判断了工作模式,为TM01模的3π/5模。采用粒子模拟验证了一维非线性分析的结论,并优化设计出五腔渡越管振荡器,优化结果为:输出功率约1 GW, 工作频率9.3 GHz,束波转换效率约22%。实验中,通过参数调节,得到频率约9.25 GHz,峰值功率约780 MW,脉宽(半高宽)21 ns的输出微波,束波转换效率约为16%。实验结果与模拟结果基本符合。 相似文献
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提出了一种新结构的X波段五腔渡越管振荡器,进行了理论和实验研究。根据场分布进行了一维非线性分析,结果表明该结构可以产生高功率微波,并判断了工作模式,为TM01模的3π/5模。采用粒子模拟验证了一维非线性分析的结论,并优化设计出五腔渡越管振荡器,优化结果为:输出功率约1 GW, 工作频率9.3 GHz,束波转换效率约22%。实验中,通过参数调节,得到频率约9.25 GHz,峰值功率约780 MW,脉宽(半高宽)21 ns的输出微波,束波转换效率约为16%。实验结果与模拟结果基本符合。 相似文献
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当传统高功率微波器件向高频段拓展时,器件尺寸的缩小将造成空间极限电流及功率容量的减小。基于此提出一种Ku波段同轴结构的渡越辐射振荡器。通过引入同轴结构,器件内部的空间极限电流及功率容量得到了有效提升。调制腔采用三谐振腔结构,与两腔结构相比,调制电子束的能力明显增强。采用高频场软件对调制腔和输出腔进行了冷腔分析。利用2.5维粒子模拟软件对Ku波段同轴渡越辐射振荡器进行了数值模拟,在导引磁场0.6 T、二极管电压392 kV、电流15.2 kA的条件下,在中心频率为14.184 GHz处获得1.2 GW的高功率微波输出,功率转换效率达20%。 相似文献
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设计了工作在X波段的相对论速调管放大器同轴双间隙输出结构,并采用3维PIC程序对其进行了粒子模拟,分析了输出微波功率随直流渡越角、输出腔品质因数值等相关参数的变化,对输出腔体结构进行了优化设计。模拟结果表明:同轴双间隙输出结构可以降低束流的势能,增加束流与腔体的作用时间,提高速调管的微波提取效率。模拟中采用束压600 kV、束流5 kA、调制深度100%和峰值频率9.37 GHz的电子束以及1T的轴向引导磁场强度,得到了周期平均功率1.2 GW、峰值频率9.37 GHz、效率40%的微波输出。 相似文献
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该新型双间隙虚阴极振荡器的互作用区为一带孔金属薄膜隔开的两个圆柱形谐振腔;器件采用侧向提取同轴输出的方法,具有输出效率高和输出模式纯的优点;第一阳极薄膜采用了局部薄膜结构。对互作用腔进行冷腔分析,计算得到互作用腔Ⅰ和Ⅱ的品质因子分别为6 960和71.8,共振频率为2.3 GHz。当电子束电压为515 kV、电流为10 kA时,通过参数优化,模拟得到周期平均峰值功率大于570 MW、频率约2.4 GHz的微波输出,效率达到11%。模拟还发现电子束的最佳阻抗值约为51.5 W;电子束的输入功率在较大范围内变化时,器件的输出效率保持大于10%;在一定的范围内,器件的输出效率随电子束密度的增加而增加。对器件中由于电子能量沉积而引起的阳极膜的温升进行了估算,得到膜的最高温度为434 K,远低于熔点933 K。 相似文献
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当强流相对论电子束在类双腔速调管系统中传输时,会发生自调制现象. 利用这一现象可以 在无微波注入的情况下得到较好的微波输出,这是一种由强流相对论效应引起的自激振荡. 利用这一原理有可能研制出一类新型的微波器件. 对强流相对论电子束在这种物理机制作用 下发生起振的条件及传输机理进行了理论分析,并进行了数值模拟. 优化结果显示,利用4k A, 500kV的强流相对论电子束,可得到099GHz,800MW的微波输出,效率约40%.
关键词:
强流相对论电子束
自调制
反馈机制
数值模拟 相似文献
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The operation of a high-power short-pulse microwave generator is being studied both experimentally and computationally. The device is a reflex triode which uses a real and a virtual cathode. The operating voltage is 500 kV with an electrical power input of 18 GW and a microwave output power of 200-300 MW at frequencies ranging from 6 to 9 GHz for up to 50 ns. Microwave power is extracted axially in an 85-mm-diameter waveguide with an overall efficiency of 1.5 percent. We will discuss the effects of electron beam quality on output efficiency. Temporal behavior of the output shows a frequency chirping with time which can be related to the voltage and current profiles. Comparing the microwave output at 900 shows azimuthal symmetry. Oscillator behavior when immersed in an external magnetic field, with field strength ranges from 0 to 1.2 kG, will be discussed. Also, computer simulations show that, although the virtual-cathode and reflexing-electron frequencies can be different, a frequency locking can occur, resulting in a purer frequency spectrum with a higher power. Simulations at 2 MeV show microwave output efficiencies of up to 4 percent with peak powers approaching 10 GW. 相似文献
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准周期加载微波腔的基本结构是周期结构,在强引导磁场作用下,强流电子束同微波强作用产生高功率微波;作用过程分为三个阶段:电子俘获、群聚和换能;而周期结构的作用主要在于电子俘获。适当设计的结构,不仅束波转换效率高,而且对电子束质量(如能散)的要求也不高。从微波场对电子运动的影响,研究了电子束在微波腔中的俘获、群聚和换能的束波互作用过程。基于760kV,7kA的环形电子束,采用准周期加载微波腔结构,在模拟上获得了X波段(9.3GHz)峰值功率为1.3GW的微波输出,效率接近24%。 相似文献