回旋行波放大器输出端反射对注-波互作用的影响

基于回旋行波放大器的非线性自洽理论,研究渐变输出端反射对回旋行波放大器注-波互作用的影响.数值模拟结果表明,对于Ka波段TE₀₁模基波工作回旋行波放大器,渐变输出端渐变角的变化以及互作用长度的改变将导致不同的反射系数幅度和相位,从而影响注-波互作用过程,改变功率演化过程.在输出饱和功率不变的情况下,合理选择输出渐变角,可能可以减小注-波互作用长度,展宽互作用频带. 关键词： 回旋行波放大器 注-波互作用 反射系数     

介质加载回旋行波管小信号分析

 应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，结合介质加载波导的冷场分析，数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度。改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡。结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线。     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，并结合介质加载波导的冷场分析，通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度，通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上，对Kα     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,并结合介质加载波导的冷场分析,通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度,通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上,对Kα 关键词： Kα波段介质加载回旋行波管 绝对不稳定性 自激振荡 小信号增益     

基于多目标遗传算法的回旋行波放大器分布式损耗参数优化

通过使用多目标遗传算法对回旋行波放大器加载分布式损耗的电阻率和厚度参数进行优化,得出了两个参数的最佳组合值:损耗层厚度0.116mm,电阻率为铜的77 882倍,此时放大器达到最大增益15.9dB。并且通过单目标遗传算法对该值的准确性进行了验证,使得放大器在有效抑制回旋返波振荡的同时实现了增益的最大化。     

分布损耗对回旋行波放大器稳定性的影响

基于电磁模式的色散方程和回旋管非线性理论,研究了损耗层厚度对回旋行波放大器注-波互作用的影响.结果表明,合理选择损耗层电导率和厚度能够让期待的工作模式TE₀₁衰减较小,而对应的竞争模式TE₂₁因损耗很大而更难以起振,随厚度的增加,放大带宽从两边向中间收缩变窄,频带中间部分的输出功率会上升,曲线更加平坦,从而达到改善互作用稳定性的目的. 关键词： 回旋行波放大器 起振长度 起振频率 饱和功率     

具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器绝对不稳定性

 详细推导了具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器的色散特性。通过绝对不稳定性振荡出现的条件,给出求解具有损耗波导结构回旋行波管放大器的绝对不稳定性起振电流的数值计算方法。研究结果表明：绝对不稳定性起振电流与损耗波导的集肤深度有关,选择有较大的集肤深度的损耗波导可以提高绝对不稳定性起振电流;绝对不稳定性起振电流同时也与工作磁场偏离饱和磁场的程度以及电子束的纵横速度比有关;通过设计具有分布损耗波导结构的注-波互作用电路,以及工作磁场、电子束的纵横速度比,可以在兼顾带宽、效率的条件下,保证回旋行波管放大器稳定工作。     

Ka波段二次谐波损耗波导回旋行波管非线性分析

 建立了由损耗段和铜段组成的波导结构的Ka波段二次谐波回旋行波放大器理论模型,并进行了非线性理论研究。基于稳定性分析,确定35 GHz TE₀₂模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数:波导半径为1.02 cm,电子注工作电压为90 kV,工作电流为25 A,工作磁场为0.642 6 T,横纵速度比为1.2;然后通过模拟详细分析了工作电流、波导损耗和速度零散等因素对该放大器性能的影响。研究表明：在该结构中损耗段可以有效地抑制模式竞争从而提高输出功率和带宽;工作电流对输出功率的影响存在最大值;速度零散对输出功率有很大的影响。     

回旋速调管放大器注-波互作用分析

 给出了自洽非线性大信号理论分析方法,在理论分析和高频计算的基础上,建立了回旋速调管放大器注-波互作用计算模型,对其进行数值计算。研究多种参量对放大器输出功率、增益、效率等的影响,通过优化得到了中心频率34 GHz的四腔回旋速调管放大器设计方案。粒子模拟表明：在工作电压65 kV,注电流8 A,电子注横向与纵向速度比为1.5时,输出功率230 kW,带宽230 MHz,电子效率45%,饱和增益33 dB。     

Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的输出特性

 根据谐波回旋速调管放大器的注-波互作用特点,对Ka波段二次谐波三腔回旋速调管放大器的输出腔进行了数值模拟和优化设计,获得了输出腔末端高频波绕射输出孔径和腔体绕射Q值的对应关系。通过PIC粒子模拟,分析了该放大器的频率响应特点等输出特性。结果表明,在35 GHz频率,磁场0.685 T,电子注电压70 kV,电流15 A,横纵速度比为1.45,输入功率1.6 kW时,放大器可以获得超过220 kW的峰值输出功率、约22%的效率和23 dB的增益,3 dB带宽可达到110 MHz。     

Influence of Reflections of the Output Port on Beam-wave Interaction in Gyrotron Traveling Wave Amplifier

Based on the nonlinear self-consistent theory of gyrotron traveling wave amplifier (gyro-TWA), the influence of the reflections of the output port with the taper on the beam-wave interaction in the gyro-TWA is studied. The simulation results show that the reflections have great effects on the TE₀₁ mode gyro-TWA operating at the fundamental. The influence of the taper angle and the interaction length on the beam-wave interaction and the power profile is discussed and the corresponding physical mechanism is analyzed. The saturated output power keeps same approximately with the increase of the taper angle in the presence of reflection while the saturated gain decreases obviously.     

Starting energy and current for a large diameter finite lengthbackward wave oscillator operated at the fundamental mode

We study the starting conditions for a large diameter (diameter/wavelength=4.8) finite length backward wave oscillator designed for 24-GHz operation at the fundamental TM₀₁ mode. This geometry is very promising for high power handling capability. We analyze two separate threshold conditions. First, finite length effects give rise to a threshold in electron beam energy below which oscillations cannot be sustained at any beam current. The second is the more familiar current threshold known as a start current. It is also found that the growth rate for the fundamental mode can be much larger than those of other higher order modes thus leading to coherent operation of large diameter sources free from mode competition     

回旋速调管变周期TE01-TE11模式变换器

针对蛇形圆波导变换器尺寸大和带宽窄的不足,提出了变周期蛇形圆波导模式变换器,以实现TE01到TE11模式的高效率转换。根据耦合波方程,编制了优化计算程序,对工作于30.5 GHz、半径为16 mm的变周期以及传统蛇形变换器几何结构分别进行了优化计算,得到了可实现最高模式变换效率的几何参量。计算结果表明:传统结构变换器最优长度长达1 056.97 mm,转换效率98.1%,90%以上转换带宽也仅为3.3%;变周期变换器最优长度为769.53 mm,转换效率为99.3%,90%以上转换带宽为5.9%。变周期结构相对于传统结构的模式变换器具有尺寸小和带宽宽的明显优势。测试表明所提出的模式变换器具有良好的模式变换性能。     

TE01-TE11模式转换器的带宽特性

针对模式转换器设计中在相同的中心频点转换效率下模式转换器越短带宽越宽的传统观点,研究发现了最佳长度的存在,即当结构长度大于最佳长度时,带宽随着结构长度增加而减小,当结构长度小于最佳长度时,带宽随着结构长度增加而增加。通过对中心频率35 GHz、半径13.6 mm的TE01-TE11模式转换器进行的验证发现,最佳长度为550 mm,此时带宽达到最大值6.28%。     

高功率TE_(01)过模斜接弯头设计

设计并分析了TE01斜接弯头结构,该结构由两段相同且垂直的模式变换段及与模式变换段呈45°斜接的金属镜面组成。整个结构等效于两个模式变换段对接,但中间存在间距为波导直径的缝隙。模式变换段将纯TE01模式转换为TE01和TE02的混合模式,该混合模式在缝隙中传播时电场呈现对称分布,从而降低了模式转换损耗,提高了传输效率。对设计的Ka波段TE01斜接弯头结构的理论仿真和加工实测结果表明:中心频点转换效率在98%以上,在2 GHz带宽内传输效率95%以上,插损小于0.2 dB,驻波小于1.2。     

高功率毫米波圆波导半径微扰模式变换器的优化设计

 从半径渐变波导的耦合波方程出发,利用龙格-库塔法进行优化数值迭代,得到在3 mm波段,TE₀₃-TE₀₂, TE₀₂-TE₀₁高效率模式变换器的设计参数。通过优化程序,设计出了6周期TE₀₃-TE₀₂和3周期TE₀₂-TE₀₁模式变换器优化尺寸。利用CST微波工作室电磁仿真软件对结构尺寸进行优化仿真,仿真结果与优化程序计算结果基本一致。以此数据设计中心频率94 GHz的TE₀₃-TE₀₂,TE₀₂-TE₀₁模式变换器功率转换效率可以达到98.5%以上,90%功率转换的绝对带宽分别达到3.5和7.0 GHz以上,优于设计要求。     

螺旋波导TEm1-TE11模式转换器的设计

 基于耦合波理论，对螺旋波导(蛇形线微扰)94 GHz、6周期TE₀₁-TE₁₁模式转换器和10.24 GHz、4周期TE­31-TE11模式转换器进行了设计和数值分析。通过解耦合波方程得出模式转换器中各模式成分的比例关系，并对转换器的参数做进一步修正，然后利用电磁仿真软件进行模拟。两种转换器在中心频率处的模拟转换效率均达到98%以上，95%以上带宽超过2 GHz，仿真结果与理论分析吻合得较好。     

高功率微波弯曲圆波导设计

 报道了可分别传输TM₀₁模和TE₀₁模的两种弯曲圆波导的设计方法和计算结果。研究表明：所设计的TM01模弯曲波导和TE₀₁模弯曲波导在中心频率上传输效率均超过99.5%,传输效率大于95%的带宽分别达到20.0%和14.4%;该两个弯曲波导也分别适用于传输TE₁₁模和TM₁₁模;水平极化TE₁₁模与TM₀₁模、垂直极化TM₁₁模与TE₀₁模在弯曲圆波导中传输时具有相似的传输效率和频带特性;而垂直极化TE₁₁模、水平极化TM₁₁模由于不易和其它模式耦合,在弯曲波导中传输时具有较高的传输效率。