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％.     

多间隙耦合腔电子电导与模式稳定性

根据空间电荷波小信号基础理论,建立了多间隙耦合腔中单个间隙电子电导的计算模型与模式稳定性分析模型。以3间隙耦合腔为例,推导出了各个间隙电子电导的计算公式。通过理论计算与仿真模拟,研究了3间隙耦合腔中各个模式的电子电导特性,并进行了间隙中注波互作用研究与模式稳定性分析。模型计算发现：各个间隙不同模式的电子电导不同,第3间隙内电子电导受注电压及间隙距离影响最大,对整个间隙内的注波互作用及电路稳定性的影响也最大。该模型还可以用于分布作用速调管注波互作用的计算模拟。     

大间隙速调管放大器中二极管寄生振荡及其抑制

利用三维高频电磁软件和三维粒子模拟软件,对大间隙强流相对论速调管放大器中的二极管寄生振荡机制进行了模拟研究,发现由于6.18 GHz频点的高阶TM31模式在二极管区截止,故形成了谐振腔结构,进而对电子束产生强烈的调制,干扰了速调管的正常工作。结合模拟结果,提出了优化和改进措施。粒子模拟结果表明：二极管结构改进后,寄生振荡消失,束流调制效果得到显著改善。     

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

研制了一种用于S波段、7.1%带宽、高平均功率速调管的输出段结构。该结构采用双间隙重叠模耦合腔,利用短槽耦合方式,计算得到耦合槽的尺寸,常规选取两个谐振腔的频率、品质因子及两腔间隙中心之距等参数。根据这些参数加工冷测模型,冷测获得的槽的谐振频率和耦合系数与设计值误差只有2.5%。计算的阻抗矩阵曲线与冷测的相对阻抗曲线趋势基本一致,计算的功率与实际的热测结果均满足峰值输出功率大于1.1 MW、平均输出功率大于22 kW的设计要求。实验结果证明该输出段可达到7.1%的带宽,从而验证了该设计方法的正确性。     

电子束收集极对大间隙速调管输出腔效率的影响

利用高频电磁软件对带电子束收集极的S波段大间隙输出腔进行了高频特性分析,采用3维PIC程序模拟了电子束收集极对大间隙速调管输出效率的影响。研究结果表明：收集极的存在会改变输出腔的本征谐振频率和电子束路径上的特性阻抗等高频特性,但收集极可以短路间隙附近的径向电场,减小电子束的空间电荷压力,同时对群聚电子进行再加速,从而提高大间隙速调管的输出效率;在束电压700 kV,直流电流6 kA时,优化后的带收集极的大间隙输出腔可稳定提取大于1.68 GW的微波功率,提取效率约40.1%,比无收集极时提高约5%。     

负载不匹配对大功率速调管输出特性的影响

采用微波等效电路和3维电磁场计算软件研究了负载不匹配对大功率速调管输出腔的谐振频率、间隙阻抗和外观品质因数的影响。并采用1维大信号计算软件研究了负载不匹配对速调管效率的影响。对C波段速调管的研究表明：对于单间隙输出腔,负载不匹配对谐振频率影响较小,对间隙阻抗和等效外观品质因子影响较大,当负载驻波比为1.5时,谐振腔的谐振频率变化约35 MHz,间隙阻抗实部最大值变化为3 660~7 998 Ω,等效外观品质因子变化为36.9~93.5,中心频率处的效率下降4.6%。对于滤波器加载输出电路,负载不匹配对阻抗-频率特性和效率-频率特性有较大影响,当负载驻波比为1.5时,中心频率处的效率下降11.2%。当负载驻波比小于1.2时,负载失配对速调管性能的影响较小。     

X波段相对论速调管放大器同轴双间隙输出腔输出特性

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。     

CHG-SRFEL光学速调管磁极间隙全闭环控制系统

描述了CHG-SRFEL光学速调管磁极间隙全闭环控制系统的原理,给出了系统硬件结构和软件设计。可独立或同步调节光学速调管调制段、色散段及辐射段磁极间隙的大小,分辨率达到20μm,精度达到5μm。通过改进系统位置监测设备,可进一步提高分辨率及精度。系统已经在光学速调管磁场测量、垫补中使用,具有精度高、安全性高、操作方便等特点。     

微波谐振腔中电子与微波作用的非稳态过程研究

在微波腔中微波场影响电子的运动,同时电子束作为电流源也产生辐射,影响微波场,这种相互作用包含线性和非线性过程。根据Maxwell理论,微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开,而且不同模式与电子束之间的相互作用不同。将电子束作为激励源,根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力,建立不同模式在电子束作用下的激励方程和电子束电子在不同模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束与微波场相互作用的自洽方程组）,并由此进一步分析一维情况下单间隙微波腔中微波建场、辐射场呈指数增长和饱和等非稳态作用过程,该过程涉及到电子束与微波作用的线性和非线性过程。     

像元尺度林地冠层二向反射特性的模拟研究

计算机模拟模型是以计算机图形学方法生成的植被真实结构场景为基础,利用辐射度方法模拟植被冠层的辐射特性。文章将这种方法拓展到遥感像元尺度林冠二向反射光谱特性的模拟。由于模拟像元尺度的林地真实场景需要大量面元组成,而辐射度方法无法承受如此多的面元计算。为了解决这一问题,文章提出了简化树冠结构的思想,将树冠抽象为椭球体,根据光在真实树冠内部能量传输的特点为简化的椭球体面元赋值,并将真实树冠间的间隙率考虑其中,结合几何光学模型的思想完成了像元尺度林地场景冠层二向反射光谱特性的模拟。并将模拟结果与GOMS模型、MISR多角度遥感数据进行了比较,取得了比较好的结果。研究结果对多角度遥感数据应用和植被冠层结构参数反演具有重要价值。