相对论速调管单重入谐振腔的解析分析

 推广了一种相对论速调管单重入式无栅间隙圆柱谐振腔的解析分析与计算方法 。根据场的等效原理将腔体分为三个规则的区域,每个区域中的场由界面上的磁流所产生,利用格林函数积分法可得各个区域的场分布。由两相邻区域公共界面上的场匹配条件得谐振腔的色散方程,从而解得腔体的谐振频率,同时可得腔体的特性阻抗和场分布等参数。     

双间隙同轴腔加载波导滤波器输出回路设计

采用高次模同轴输出腔结构和双间隙耦合谐振腔电路结构是提高速调管频率、功率和带宽的两个重要方式。将这两种电路形式相结合,利用等效电路法推导了滤波器加载双间隙耦合输出回路的间隙阻抗实部计算公式。通过等效电路分析和3维电磁场计算软件模拟,研究了降低高次模式双间隙耦合输出回路外观品质因数的方法。最终设计加载滤波器使得输出回路模型带宽达到9.7%。     

双频磁绝缘线振荡器的高频特性

 建立了基于谐振腔深度角向分区的L波段双频磁绝缘线振荡器的模型,并采用数值研究的方法,开展了双频磁绝缘线振荡器主慢波结构的色散特性分析,同时还研究了封闭结构和开放结构的双频磁绝缘线振荡器的谐振腔,得到其谐振频率、场分布、Q值等信息,从高频特性研究的角度来进一步验证了双频磁绝缘线振荡器产生稳定的双频率高功率微波的可行性。研究表明：双频磁绝缘线振荡器的高频结构可以分区工作,每一个分区对应一个谐振频率。     

Ka波段分布作用速调管多间隙谐振腔研究

谐振腔作为速调管的高频互作用电路,其特性对速调管的功率、效率、增益和带宽等性能具有决定性影响。主要介绍了某Ka波段分布作用速调管谐振腔的设计过程:基于多间隙谐振腔理论,利用电磁仿真软件CST详细分析了谐振腔不同结构尺寸对特性参数,如品质因子、特性阻抗、耦合系数、有效特性阻抗的影响,优化得到谐振频率为35 GHz的五间隙谐振腔的物理结构模型,并给出互作用仿真结果,为Ka波段分布作用速调管设计及其高频注波互作用的计算提供重要的参考和依据。     

缓变波导开放谐振腔的理论分析

本文给出了确定任意纵剖面形状的缓变波导开放谐振腔内各模式谐振频率的普遍关系式。探讨了腔内各谐振模式场的纵向分布函数的求解方法。具体地分析了鼓形腔和双圆锥腔,分别推导了这两种开放腔各模式的固有谐振频率公式以及场的纵向分布函数。理论分析与实验结果甚为一致。     

双间隙输出腔开放腔的高频特性分析

 建立了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔开放腔的3维模型。采用时域有限差分法，通过监测激励电流源的响应计算了该双间隙输出腔的谐振频率、有载Q值、场分布以及特性阻抗，并分析了腔体结构尺寸对谐振频率、有载Q值和特性阻抗的影响。研究表明：腔体半径对开放腔的谐振频率影响很大，耦合孔尺寸对腔体谐振频率的影响较小；随着耦合孔张角增加，有载Q值逐渐减小；随着腔体半径增大、间隙的减小，腔体特性阻抗降低。研究结果可为S波段强流相对论速调管放大器双间隙输出腔的设计提供理论依据。     

计算波导加载谐振腔谐振频率的新方法

基于边界元法,提出了一种新的简单有效的计算速调管输出系统波导加载腔的谐振频率、场分布的方法。计算了一种矩形波导加载矩形谐振腔的常见结构。利用主模TE10波激励,在波导的端口处采用推导出的Robin-type边界条件,通过扫频的方式,观测选定场点的值,极值对应系统的谐振频率。数值结果表明:波导加载谐振腔的谐振频率要低于同尺寸谐振腔的频率,谐振腔内的电场分布也受到耦合孔的影响。利用边界元法计算波导加载腔这样的半开放系统,具有实现简单、计算精确度高、数据输入少、计算时间短等优点。     

同轴边加载三腔谐振腔高频特性

 研究了同轴边加载三腔谐振腔的高频特性,从圆柱坐标系下的Borgnis位函数出发求解各个区域的场表达式,利用边界条件和相邻区域公共界面上的匹配条件,导出同轴边加载三腔谐振腔内角向均匀的TM模式的色散关系和各个区域场分布的解析表达式。将求得的谐振频率和数值模拟所得到的谐振频率进行了对比验证,求解所得谐振模式的频率和场分布与数值模拟的结果基本一致。     

金属膜片和回流杆结构对大间隙速调管谐振腔高频特性的影响

利用模拟软件和数值计算方法,对感性加载大间隙速调管谐振腔的高频特性进行了分析,结果表明:增加膜片数量对减弱间隙空间效应的贡献有限,而一旦加载感性回流支撑杆,即使只填充4个膜片,已能基本消除空问电荷效应;由于回流杆的电感和谐振腔的固有电感可比较,导致谐振频率相对提高达9％;与对谐振频率的影响相比,回流杆尺寸对谐振腔电场分布的影响要小得多;而对于经过频率优化的谐振腔,回流杆尺寸对放大器工作特性的影响基本可以忽略.应用以上结论设计出的感性加载大间隙速调管放大器,能稳定提取约1.13 GW的微波功率,功率效率约38％.     

THz振荡器双光栅开放腔的高频特性

针对双开槽的双光栅开放式谐振腔,提出了一种基于矩形波导谐振腔理论的计算方法,给出TE04模式场分布的结构设计修正公式,用于进行准光学谐振腔结构设计优化,通过增强电子注区域的电场强度,可有效提高电子效率。同时对双光栅慢波结构"冷"色散特性进行了计算,分析了不同参数对其高频特性的影响。结果表明,双光栅槽宽和电子注通道宽度的变化会对其色散特性的频带上限产生较大影响。     

一种新型双间隙输出腔的理论和实验研究

 从双间隙分离腔的色散关系式出发,通过数值计算求出了分离腔中IM₀₁₀模对应的谐振频率,并给出了腔内轴向电场的分布图,证实了分离腔中存在着电场反相的π模场。因此,可以将其用作电场反相的双间隙输出腔,来实现双间障提取。并用2.5维粒子模拟程序——卡拉特（KARAT）程序对这种分离腔输出回路进行了粒子模拟和优化设计。通过详细的冷测和调试实验,研制出了中心频率为3.74GHz、Q_L值为7.8的低Q_L值双间隙输出腔。     

Ku波段径向线相对论速调管放大器的仿真与设计

高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一,其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA,主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数,说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式,Q值较大,有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式,在注入功率仅10 kW情况下,实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明,该器件具有效率高的优点,在电子束电压400 kV,电流5 kA,磁场强度0.4 T条件下,得到功率825 MW,频率14.25 GHz,效率41%的微波输出。     

QUANTUM GAP SOLITON IN PARAMETRIC PROCESS

The Hamiltonian of the process of cascaded second harmonic generation is found from Maxwell equations. In the double-gap model and under rotating-wave and effective-mass approximations, it is quantized and the generalized quantum nonlinear Shr?dinger equation (GQNSE) is obtained. Tri-photon and quadri-photon bound states are found based on general solutions of GQNSE solved via Bethe's Ansatz method. Quantum parametric gap soliton (QPGS) solution is constructed consequently, and the existence of the double-gap QPGS is predicted for the first time.     

S波段速调管双间隙输出腔的设计和实验研究

 介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔高频系统的设计,并利用3维粒子模拟程序模拟和优化了短脉冲强流相对论调制电子束经过双间隙输出腔后的微波提取。在束压640 kV、束流6 kA、基波调制深度80%的条件下,模拟得到功率为1.1 GW的微波,频率约为2.85 GHz,效率28%。在高频分析和粒子模拟的基础上进行了实验研究,实验中采用束压640 kV、束流6 kA的环行电子束,经过优化调节RKA参数,在中间腔后得到了约4.6 kA的基波调制电流,加上双间隙提取腔后从该RKA获得了频率为2.9 GHz、功率为1 GW、脉宽22 ns的输出微波,束波转换效率26%。     

双间隙双耦合口输出回路冷测模拟方法

根据微波网络理论,将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展,使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法,结合软件仿真,计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔,分别得到该回路工作在2模式下的阻抗实部与虚部的频率特性,并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析,进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。     

Dynamical systems in the theory of solitons in the presence of nonlocal interactions

The behavior of solitons in models which take into account complex dispersion or nonlocal interaction of nonlinear waves is examined. A method is proposed to reduce this problem to one involving special trajectories (homoclinic and heteroclinic) of the dynamic system. This method involves replacing the nonlinear integrodifferential equation with the differential equations which link the original nonlinear field with the auxiliary linear fields. The interaction of fields in such a model is a local interaction. The number of introduced linear fields is determined by the Laplace transform of the integral operator kernel of the basic integrodifferential equation. The problem involving topological solitons for the nonlocal generalization of the Klein-Gordon equation is considered. Nonlocal interactions are found to lead to a number of singularities (unrestricted increase in the slope of the topological soliton front, break in the solutions, and other singularities).     

A linear nonconforming finite element method for Maxwell’s equations in two dimensions. Part I: Frequency domain

We suggest a linear nonconforming triangular element for Maxwell’s equations and test it in the context of the vector Helmholtz equation. The element uses discontinuous normal fields and tangential fields with continuity at the midpoint of the element sides, an approximation related to the Crouzeix–Raviart element for Stokes. The element is stabilized using the jump of the tangential fields, giving us a free parameter to decide. We give dispersion relations for different stability parameters and give some numerical examples, where the results converge quadratically with the mesh size for problems with smooth boundaries. The proposed element is free from spurious solutions and, for cavity eigenvalue problems, the eigenfrequencies that correspond to well-resolved eigenmodes are reproduced with the correct multiplicity.     

Field theory of a traveling wave tube amplifier with a tape helix

A self-consistent relativistic field theory for a helix traveling wave tube (TWT) is presented for a configuration in which a magnetized pencil beam propagates through a tape helix enclosed with a loss-free well. A linear analysis of the interaction is solved subject to the boundary conditions imposed by the beam, helix, and wall. The wave equation for the fields within the electron beam corresponds to the Appleton-Hartree magnetoionic wave modes that are of mixed electrostatic/electromagnetic polarization. Hence, the determinantal dispersion equation that is obtained implicitly includes beam space-charge effects without recourse to a heuristic model of the space-charge field. This dispersion equation includes azimuthal variations and all spatial harmonics of the tape helix. Solutions that correspond to both the extraordinary (X) and ordinary (O ) solutions for the Appleton-Hartree modes are found numerically