高频大功率磁绝缘线振荡器的理论设计

 初步考虑了高频率与高功率的磁绝缘线振荡器的设计问题。用在阴极端头增加发射电流的办法,在C波段理论得到了1.16GW的微波输出功率。利用增加高次谐波的办法在X波段理论获得了270MW的功率输出。     

相对论全腔轴向提取磁控管阳极释气数值模拟研究

相对论电子轰击阳极产生二次电子和释气以及释气电离产生的击穿现象是限制全腔轴向提取透明阴极磁控管（TCMAC）工作性能的一个重要因素。本研究对TCMAC中轰击产生的阳极二次电子以及释气电离现象进行了物理建模以及三维数值模拟研究,考察了其对TCMAC运行性能的影响。初步计算结果表明,二次电子发射与阳极释气对TCMAC工作都有一定影响,释气后电离产生的正离子数大于系统中电子数时,会导致TCMAC击穿。     

MILO物理分析与数值模拟

 用二维全电磁PIC方法模拟了空军实验室的磁绝缘传输线振荡器(MILO),分析了MILO的物理图象。在外加电压为500kV与电流60kA时,在L波段获得了1.5GW数值模拟结果,与实验结果符合较好。特别研究了MILO的各参数变化对其运行的影响,得到了一些有价值的物理规律。     

磁绝缘线振荡器中模式竞争问题的数值模拟

为理解磁绝缘线振荡器(MILO)实验中频频出现的模式竞争问题,利用3维全电磁粒子模拟程序对C波段MILO的实验模型进行研究,探索各种非对称激励机制对产生微波模式的影响,结果显示:阴极电子随机发射、电压的慢上升前沿、较低的电压等因素都可导致非对称高阶模式的产生,并使输出微波功率大大降低。模拟计算得出MILO中存在频率为3.6 GHz左右的基模和频率分别为3.7,4.1,4.6 GHz左右的3种高阶模式,与Karat计算结果基本一致。     

相对论磁控管输出阻抗

 用二维全电磁PIC方法模拟了Palevky和Bekefi的A-6型的相对论磁控管实验, 分析了A-6磁控管的物理图象。同时以实验参数为基础, 特别研究了相对论磁控管输出阻抗对输出功率和运行模式的影响, 给出了最大输出功率时最佳阻抗匹配值。     

轴向加速管的数值模拟

 用二维全电磁数值模拟方法研究了轴向加速管，虽然没有实现理想群聚，但通过加一个中间腔, 大大提高了前两阶谐波电流分量，其中一阶谐波电流调制系数达到了140%，二阶谐波电流调制系数达到了68%。通过对提取腔的设计，可以选择地输出不同的频率，其中一次谐波频率为2.2GHz,输出功率1.25GW，效率9.33%；二次谐波频率为4.4GHz，输出功率0.48GW,效率3.6%。     

同轴Super－Reltron的物理分析和数值模拟

 对同轴Super－Reltron进行了物理分析和数值模拟, 在调制腔电压125kV、加速间隙电压600kV和电流15kA时, 在C波段获得了峰值功率约2.5GW和效率约25%的结果, 都较以前大大提高。计算表明频率与箔的高度成反比。在电流达到空间电荷极限以前, 微波输出功率和电流的平方成正比。     

多脉冲磁绝缘线振荡器阴极释气电离仿真研究

在磁绝缘线振荡器（MILO）阴极释气电离物理建模技术以及三维自洽运算基础上,研究了残存气体脉冲缩短,并分析了释气电离对多脉冲MILO运行的影响。把多脉冲释气分为脉冲内阴极释气脉间残余气体累积两个部分,研究了不同释气率以及残余气体对整个器件的运行产生影响。计算结果表明,多脉冲运行MILO最主要影响因素是释气后电离产生的正离子,当正离子密度超过发射电子密度时,束波互作用被破坏。     

L波段全腔提取轴向输出相对论磁控管设计

设计了一种全腔提取轴向输出相对论磁控管。在模工作的N腔磁控管中, 该结构利用磁耦合的方式通过两个相邻谐振腔在一个扇形波导内激励起TE11模, 然后再由N/2个相位相同的扇形波导TE11模沿轴向向外传输。对L波段全腔提取轴向输出磁控管进行了仿真设计, 在600 kV, 6.3 kA的条件下, 获得1.89 GW微波输出, 功率转换效率50%, 微波频率1.57 GHz。该结构在径向方向上仅增加一个扇形波导厚度, 便于实现相对论磁控管的紧凑、高效设计。     

磁绝缘线振荡器中空间电荷的辐射

 研究了磁绝缘线振荡器中空间电荷的辐射。结果包括：导出了线性区的增益公式，所得到的增益函数相对于同步失配是对称的；导出了饱和区的辐射场公式，这个公式表明，饱和辐射功率近似地与谐波电流的平方成正比。这些理论结果部分地由数值模拟证实。