中央开耦合槽矩形双间隙谐振腔中的TM高次模

 用解析方法导出了中央开耦合槽矩形双间隙谐振腔中π-TM模式频率的本征方程和特性阻抗的计算公式，分析了耦合槽大小对几种π-TM模式频率和特性阻抗的影响。对TM₃₁₀模的具体计算结果显示，解析方法与模拟方法的计算结果符合得很好，可以用于计算谐振频率和特性阻抗。研究表明，耦合壁的厚度对π-TM模式频率的影响不大，耦合槽的大小和位置对谐振频率影响则较大。同时发现，在TM高次模双间隙腔中，出现了π₁模消失现象。     

基于同轴TM812模谐振腔的毫米波多注速调管

 研究了群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率和同轴TM₈₁₂模谐振腔中微波能量的提取方法,论证了其作为毫米波多注速调管的输出腔的可行性。研究结果表明:理想群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率可达3.29%,一般群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率可达1.86%;采用同轴TM₈₁₂模谐振腔与沿轴向的同轴线耦合可以实现微波能量的提取;在输出腔工作频率为100.945 GHz,外观品质因数为2 243情形下,根据估算,最大输出功率可达15 kW。     

X波段五腔渡越管振荡器的高频特性研究

 从麦克斯韦方程出发，采用时域有限差分的方法，对X波段五腔渡越管振荡器的谐振腔进行了高频特性研究，给出了该谐振腔中的TM₀₁模的非π模式的本征频率、Q值以及对应的场分布，并用实验冷测法测出了谐振腔的谐振频率与Q值。数值计算与实验结果比较一致，说明了该高频特性研究结果的可靠性。     

过模慢波结构频率反射特性及谐振腔的影响

 利用有限元方法求解:S-参数矩阵，研究了过模慢波结构对圆波导TM₀₁，TM₀₂模的反射特性，分析了在慢波结构末端加入谐振腔后，由于两端口的不对称性而造成的对反射特性影响。结果表明，在TM₀₁的π模频率附近，慢波结构和谐振腔组成的系统对无谐振腔一侧端口入射TM₀₁模的反射增大，而对有谐振腔一侧端口入射TM₀₁模的反射减小。根据计算结果，解释了普通多波切伦柯夫振荡器所用慢波结构周期数较多的原因，说明了在多波切伦柯夫振荡器中引入谐振腔后，不但可以减少所用慢波结构周期数，而且有利于提高微波输出效率。     

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。     

偏轴双腔互比型腔式束流位置监测器

 提出一种利用偏轴双腔来监测电子束位置的新方法，根据谐振腔归一化分流阻抗参数分析了其工作原理和主要特性。偏心束流在偏轴谐振腔中激发出较强的偶极模TM₁₁₀信号，根据两腔输出的偶极模信号幅度比可直接测量束流的中心偏移量。偶极模信号幅度变化反映了束流的偏移方向，省去了鉴相工作，简化了前端接收电路的的设计，基模抑制问题已被解决。利用MAFIA和HFSS软件对本征模进行仿真，并分析了模式耦合特性，仿真结果验证了新结构的可行性。     

Ka波段TE01模回旋速调管输出腔

 利用模式展开和场匹配理论，建立了具有突变结构谐振腔的散射矩阵。在此基础上编制了FORTRAN计算程序，并对Ka波段TE₀₁模回旋速调管的具有突变结构的开放式输出腔进行了数值计算。分析了回旋速调管输出腔的腔体长度和半径变化，以及输出耦合孔的半径和厚度变化对输出腔的品质因数和频率的影响。结果表明：由程序模拟输出腔所得到的计算结果与HFSS软件的结果一致；与冷测实验结果相比，品质因数的相对偏差为1.65%，谐振频率的偏差为10 MHz。     

轴向反馈式虚阴极振荡器辐射微波模式的远场测定

 采用远场测量法测量了虚阴极振荡器波导口的微波辐射方向图及虚阴极振荡器波导口处接上TM₀₁-TE₁₁模式转换器时的微波辐射方向图，接收喇叭口面与微波辐射口之间的距离为1.00 m，满足远场条件。结果表明：两种情况下的辐射主模式分别为TM₀₁模式和TE₁₁模式，从而证实了在实验装置轴对称的条件下，轴向虚阴极振荡器的微波辐射主模式确为理论所预期的TM₂模式。对辐射模式的分析表明，TM₀₁模式纯度约为90%，TE₁₁模式的辐射功率为TM₀₁模式的5%左右；TE₂₁，TE₀₁和TM₁₁模式三者的总辐射功率较TM₀₁模式低一个量级以上，微波辐射功率大于300 MW，辐射频率为4.6 GHz左右，微波脉宽大于40 ns。     

回旋速调管加载损耗介质群聚腔的研究

 用模式场匹配理论建立了散射矩阵，数值模拟并分析了加载损耗介质层对群聚腔Q值、谐振特性以及群聚腔两端漂移段半径的大小对谐振特性的影响。研究表明：加载损耗介质在高频率下使群聚腔主要寄生模式EH₂₁₂和EH₃₁₁得到极大的抑制，对工作模式H₀₁模更有利；衰减常数随损耗层厚度的增加而迅速增加，Q值随介质厚度的增加迅速减小,因此在设计腔体时必须严格控制损耗材料厚度。最后为正在研制的回旋速调管设计了满足要求的低Q群聚腔，该腔冷测实验结果与计算结果基本一致。     

回旋速调管输入耦合器分析与设计

 对Ka波段工作模式为TE₀₁模和TE₀₂模的两种回旋速调管的输入耦合器进行了详细研究，利用模式匹配理论和HFSS建模仿真计算了内圆柱腔和外同轴腔的尺寸；提出了一种与软件计算相结合的模式纯度计算方法，对内腔工作模式纯度、内外腔能量分数进行了计算。内腔侧面上的耦合缝的大小、角向位置都直接决定外同轴腔内的TE_m11模向内圆柱腔的TE_0n1模的耦合情况。针对耦合缝与输入波导成45°和0°分布两种情况，研究了耦合缝长、宽和角向偏移，以及内外腔频差对频率、Q值及内腔能量分数的影响。分别设计了Ka波段内腔工作模式为TE₀₁₁、外腔为TE₄₁₁和内腔TE₀₂₁、外腔TE₈₁₁的两种输入耦合器，并利用矢量网络分析仪对内腔工作模式为TE₀₁₁的耦合器进行了冷高频测量，测得频率为34.257 GHz，与计算结果34.300 GHz仅相差43 MHz。     

Studies on high order mode of bell-shaped prototype cavities

Aluminium and copper prototype cavities were designed to study higher order modes(HOM).An automatic field mapping system was developed with LabVIEW to measure the adiofrequency(RF)charac teristics,such as resonant frequency,Q-value,shunt impedance and electromagnetic field distribution of the higher-order modes in a model RF cavity.Two kinds of the bell-shaped cavities were measured using the field mapping system,their frequencies are 1.5 GHz and 800 MHz respectively.The fields' distributions of the monopole modes and dipole modes,as well the R/Q values,were measured.     

同轴谐振腔高阶横磁模式参数的研究

理论计算和分析了微波圆柱同轴谐振腔高阶横磁(TM)模式的系列关联参数.研究发现：与圆柱腔相比, 同轴谐振腔的TM_n10模式有较大的模式间隔，即工作模式能够远离非工作模式的干扰，这有利于保持器件稳定的频率和功率；在保持腔长不变、腔横截面外半径取特定值时，腔内电场峰值位置的轴向特性阻抗随内径的变化存在极大值；在高频段可以采用任意大横截面的腔体结构和任意阶的模式.计算结果与仿真结果相一致. 关键词： 高阶横磁模式 圆柱同轴谐振腔 特性阻抗 多注速调管     

紧凑型L波段同轴相对论返波振荡器的粒子模拟

 设计了紧凑型L波段同轴相对论返波振荡器，通过粒子模拟研究了L波段同轴相对论返波振荡器相互作用的物理过程，并对器件的电磁结构进行了优化和改进。分析表明，采用同轴慢波结构可以在较低的外加磁场下实现L波段返波振荡器的微波输出，同时可以大大减小微波器件的径向尺寸。这是因为同轴慢波结构的TM01模式有类似于TEM模的性质，没有截止频率，但纵向电场不为零，电子束能够与它发生强相互作用过程。粒子模拟优化结果表明，在器件半径仅为4.0 cm，电子束能量240 keV，电子束流1.8 kA，导引磁场仅为0.75 T时，返波振荡器可以在频率1.60 GHz处获得较大功率的微波输出， 平均峰值功率达140 MW，平均峰值功率效率约为32%。     

非均匀三腔谐振腔高频特性的数值分析

 用SUPERFISH程序对非均匀三腔谐振腔的高频特性进行了数值分析。分析了各腔长度的变化对类TM₀₁₀ 2π/3模式及其频率、各腔纵向场分量Ez大小及Ez径向分布的影响。结果表明：当各腔长度变化时，该模式只在一定范围内存在，且频率变化不大，频率的最大值和最小值相差小于4%；当该模式存在时，第一腔长度越小，则第一腔的纵向场分量越大；当第一腔长度不变时，第三腔的纵向场分量随着第二腔长度的增大而增大，而第一，二腔纵向场分量则随之变小；各腔长度变化对纵向场分量的径向分布影响很小。     

一种可调耦合度型高功率输入耦合器的设计

旨在设计一支新型、耦合度可调、连续波型高功率输入耦合器，外部品质因数的调节范围为1.5×105~2×106，以适应先进光源技术研发与测试平台超导电子直线加速器束流试验装置不同束流模式下的需要。这是国内首次开展耦合度可调式连续波型高功率输入耦合器的研制。采用HFSS三维电磁仿真软件完成了耦合器的高频结构设计，对耦合器的微波传输、场分布进行了计算；同时采用CST微波工作室对不同内导体天线插入深度下耦合器的外部品质因数进行了仿真计算，结合650 MHz 2单元超导腔进行了耦合度调节实验，仿真计算与实验测试结果基本一致。     

利用金属贴片电磁带隙结构在金属波导中创建准横电磁波

为解决准横电磁(TEM)模波导工作带宽较窄的问题,提出采用金属贴片电磁带隙(EBG)结构在金属波导中创建准TEM波.通过理论分析和数值计算,研究金属贴片EBG结构创建准TEM波导对展宽带宽、改善传输特性和增强准TEM波电场分布均匀性的作用.模拟结果表明,在频率14 GHz附近,金属贴片EBG将TE₁₀模成功转换成准TEM模,转换带宽达到1.7 GHz,且在波导横截面83.9%的面积上电场分布均匀性达到84.7%. 关键词： 电磁带隙 金属贴片电磁带隙结构 磁导体 准横电磁模波导     

Ka波段二次谐波回旋速调管放大器输入耦合器的分析与模拟

 对应用于Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的一种输入耦合器进行了分析，并利用三维电磁模拟软件HFSS和ISFEL3D对其进行了模拟与设计。研究结果表明，该输入耦合器具有较高的能量耦合效率，并能在Ka波段获得高纯度的TE₀₂₁谐振模式。     

TE11模式增强型高效率同轴虚阴极振荡器

 在阴阳极严格同轴的条件下，理论分析表明同轴虚阴极振荡器中TE₁₁模式与TM₀₁模式与径向入射电子束的谐振耦合具有近似的作用效率。3维PIC数值模拟结果显示，即使在圆对称结构下，输出波导中非角向均匀模式在输出功率中也占有较大成分。因此，同轴虚阴极振荡器中TE11模式与电子束之间的谐振作用对器件效率的影响不可忽略。通过引入结构的不对称性以及TE11模式反射器可以抑制电子束与TM₀₁模式之间的谐振作用，从而起到抑制同轴虚阴极振荡器系统中模式竞争的作用，因此可以提高电子束到微波的功率转换效率。实验结果表明，采用阴阳极非均匀对称结构的TE₁₁模式增强型同轴虚阴极振荡器可以大幅度提高效率，在优化参数条件下获得功率转换效率约7％，输出功率大于1.0 GW的实验结果，该功率约为近似严格同轴结构的2.5倍。该研究结果可以为高效率同轴虚阴极振荡器装置设计与实验结果分析提供基本理论依据以及参数确定基础。     

有效抑制光子晶体加载矩形谐振腔中模式竞争的方法

研究了光子晶体加载矩形谐振腔,针对传统光子晶体加载无法完全抑制模式竞争的问题,提出了特性阻抗和介质加载方法进行改进,完全实现了谐振腔的高次模式的单模工作,为抑制高次模式工作的谐振腔中模式竞争的问题提供了一种新方法.在此基础之上,采用解析方法以及高频仿真软件HFSS,设计了一个采用TM₅₃₀高次模式工作的传统光子晶体加载的谐振腔,进一步采用了该新方法对其进行改进,并深入分析了采用这种方法抑制模式竞争的物理原因.计算结果表明,新方法能有效抑制模式竞争,实现谐振腔的高次工作模式的单模工作. 关键词： 光子晶体 谐振腔 模式竞争 特性阻抗     

Development of a 500 MHz high power RF test stand

A flexible high power RF test stand has been designed and constructed at IHEP to test a variety of 500 MHz superconducting RF components for the upgrade project of the Beijing Electron Positron Collider (BEPCⅡ), such as the input coupler, the higher order modes (HOMs) absorber and so on. A high power input coupler has been conditioned and tested with the RF power up to 250 kW in continuous wave (CW), traveling wave (TW) mode and 150 kW CW in standing wave (SW) mode. A prototype of the HOMs absorber has been tested to absorb power of 4.4 kW. An introduction of the test stand design, construction and high power tests is presented in this paper.