径向三腔渡越时间振荡器数值模拟

 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。     

X波段五腔渡越管振荡器的理论与实验

随着脉冲功率技术和等离子体物理的不断发展，出现了一类基于电子束在谐振腔中的渡越时间效应的渡越辐射机制来产生高功率微波的器件。该类微波器件的起源是单腔管(TTO)，近年来，美国科学家提出了分离腔振荡器(SCO)，后来又研制出超级后加速振荡器（Super-Reltron)（通过对这些器件的研究，提出并仔细研究了基于渡越时间效应的渡越管振荡器。     

边加载径向三腔渡越时间振荡器设计

 提出了一种边加载结构的径向三腔渡越时间振荡器。通过1维单粒子理论研究了直流渡越角和电压调制系数对束-波互作用效率的影响,并进行了2.5维数值模拟验证。数值模拟研究表明:该器件具有低阻抗、高效率、输出微波频率单一稳定等特点。在400 kV,60 kA无外加引导磁场的条件下,获得了平均功率为8 GW,频率为3.9 GHz的微波输出,效率达33.3%,阻抗仅为6.7 Ω。     

C波段三腔渡越时间振荡器的数值模拟

 用2.5维PIC程序对三腔渡越时间振荡器进行了数值模拟，给出了产生微波的详细物理图像。模拟表明：三腔渡越时间振荡器能调制强流电子束并输出微波，微波频率符合理论设计值。模拟得到了输出微波功率随栅网间距，随反向二极管轴向间距以及提取口径向间距变化的规律。输出微波功率与栅网间距的关系与线性理论基本相符。在电子束电压400kV，电流4kA的条件下，模拟得到的结果为微波峰值功率约600MW，频率5GHz，起振时间约3.5ns，峰值功率效率大于37%。     

C波段新型渡越管模拟研究

 在三腔渡越管的基础上设计了一种工作在C 波段的新型低阻轴向六腔渡越管，其阻抗为15 Ω左右，采用同轴输出。该器件采用大面积发射阴极，无须外加磁场，结构简单紧凑。采用2.5维PIC软件对该器件进行了2维数值模拟，在输入电压为483 kV、电流为32.5 kA的条件下，输出微波平均功率达到3.0 GW，主频为3.75 GHz，微波模式为TEM模。微波功率效率大于19%，比普通低阻抗器件有明显提高。     

X波段渡越管振荡器的粒子模拟和优化设计

 提出了一种新型的渡越管谐振腔结构，通过全电磁2.5维相对论粒子模拟程序证实电子束可以与这种谐振腔结构发生互作用；基于该谐振腔结构，用全电磁2.5维相对论粒子模拟程序设计优化了可工作在X波段的渡越管振荡器，其输出功率大约1.7GW，束波转换效率约37%。     

径向渡越时间振荡器互作用特性的流体理论分析

 用线性流体理论分析了径向渡越时间振荡器谐振腔中电子束与高频场的相互作用，通过数值求解得到了其中束 场能量交换等随直流渡越角的变化规律。与单电子模型的分析结果相比较，流体模型所得结果更具有普适性。     

光学渡越辐射电子束发散角二维拟合数值分析北大核心CSCD

光学渡越辐射具有良好的方向性,通过对光学渡越辐射空间分布曲线进行拟合可以对束流发散角进行计算。采用理论计算的方法,分析了电子入射到金属-介质界面时,入射角变化对光学渡越辐射二维空间分布的影响。计算分析表明,光学渡越辐射在特定偏振方向上的分布并不仅仅由电子束在该方向的发散角分量决定,同时还受到其他方向发散角分量的影响。计算对比了电子束散角一维分布和二维分布模型下光学渡越辐射空间分布的差异。结果表明,采用一维分布模型拟合计算的电子束均方根发散角存在偏差,较二维分布拟合结果偏小。     

多腔谐振腔中渡越时间效应的线性理论

 以小信号条件下入射相位为φ0的单个电子在驻波电场中的运动为基础,研究了电子束在多腔谐振腔 π 模驻波场中的渡越时间效应,导出了多腔谐振腔的电子负载电导的表达式,讨论了腔数N对渡越时间效应的影响。     

渡越辐射及其在北京自由电子激光置束测中的应用

在北京自由电子激光器装置的性能改进中,采用了基于渡越辐射的电子束诊断方法。描述了渡越辐射应用于电子束参数测量的基本理论,介绍了BFEL中利用渡越辐射进行的实验方案,并报导了初步的结果。     

新型高功率虚阴极径向反射速调管振荡器

 提出了一种新型的高功率虚阴极径向反射速调管振荡器，它结合了虚阴极振荡器容易起振和速调管微波产生效率较高的特点。利用虚阴极反射电子束对调制腔的正反馈，可以减小起振电流和起振时间，而且提高了微波产生效率。它是一种结构简单、紧凑的器件。用2.5维PIC程序对这种器件进行了数值模拟研究。得到的数值模拟结果表明，输入电压620 kV，电流25 kA，输出微波周期平均功率为2.5 GW。虚阴极振荡频率被锁定，频率为1.25 GHz。     

高效强流径向分离腔振荡器研究

根据同轴虚阴极的结构特点,提出了一种紧凑型径向分离腔振荡器,该径向分离腔的特点是输入电子束的电流可以很大,从而可以得到较高的微波输出功率. 综合考虑影响微波输出的各种因素,在电子束为410kV,电流为35kA的条件下,模拟得到的平均功率大于50GW,频率为146GHz,电子束功率效率达到348%. 关键词： 径向分离腔 高功率微波 同轴虚阴极 电子束分布     

Discrete monotron oscillator

We theoretically and numerically investigate the operation and behavior of the discrete monotron oscillator, a novel high-power microwave source. The discrete monotron differs from conventional monotrons and transit time oscillators by shielding the electron beam from the monotron cavity's RF fields except at two distinct locations. This makes the discrete monotron act more like a klystron than a distributed traveling wave device. As a result, the oscillator has higher efficiency and can operate with higher beam powers than other single cavity oscillators and has more stable operation without requiring a seed input signal than mildly relativistic, intense-beam klystron oscillators     

一种新型径向三腔同轴虚阴极振荡器全三维粒子模拟研究

提出了一种新型径向三腔同轴虚阴极振荡器,并进行了数值模拟研究. 研究表明: 这种径向三腔结构在束波转换面进行电场调制,能够大幅提高束波转换效率;同时,由阳极栅网和径向三腔结构构成的谐振装置能有效地抑制模式竞争;另外,由于采用了同轴引出结构,在提高能量引出的同时还能有效吸收漂移管中被利用过的电子,因此这种新型虚阴极振荡器能够获得较高的输出功率. 模拟的电子束电压为400 kV,电流为50 kA,主频为4.5 GHz,峰值功率达到6 GW,平均输出功率为3.1 GW,束波转换效率达到15%. 关键词： 高功率微波 同轴虚阴极振荡器 粒子模拟 束波转换效率     

径向渡越时间振荡器的数值模拟

 用2.5维PIC程序对径向渡越时间振荡器进行了数值模拟，给出了产生微波的详细物理图像，得出了输出微波功率与提取口大小、腔的径向间距、场模式之间的关系。模拟得到了峰值功率约500MW，频率5GHz的TEM₁波，起振时间15ns，峰值效率大于30%。