波瓣波导谐振腔太赫兹回旋管的研究

以电子回旋脉塞非线性理论为基础, 结合三维电磁仿真软件, 通过导入高频场数值解替代理论解析的方法, 对波瓣波导谐振腔高次谐波太赫兹回旋管进行了理论和模拟研究. 给出了该类回旋管的起振电流、耦合系数以及注波互作用效率等重要参数, 并在此基础上设计了一只工作频率为0.4 THz, 工作模式TE₃₃模三次谐波波瓣波导谐振腔回旋管, 其电子注参数为1.0 A, 40.5 kV, 横纵速度比1.5,互作用区引导磁场为5.09 T, 输出功率达到3.3 kW.     

10~45 GHz宽频段同轴输入窗设计

为满足微波管放大器对宽频段输入窗的需求,并保证馈源的真空密封需求,提出并设计了一种适用于宽频段微波放大器的同轴输入窗。该宽频段同轴输入窗采用渐变圆环形陶瓷,材料介电常数为9.3,窗片厚度为2.5 mm, 内径为2.14 mm,外径为5 mm,渐变段长度为6.5 mm。利用三维高频电磁仿真软件CST对其建模分析,并对同轴内外结构尺寸和陶瓷渐变结构进行优化仿真,得出该宽频带同轴输入窗能够在10～45 GHz频带内实现插入损耗小于0.5 dB。     

220 GHz回旋管脉冲磁场系统和电子枪的设计与实验研究

 根据220 GHz回旋管的工作要求,设计了其所需的脉冲磁场系统与电子枪。脉冲磁场系统采用哑铃状结构,具有均匀区长、电阻小与电感小等优点,可以在较低电容与电压下获得更高的脉冲峰值磁场,并分析了其脉冲放电特性。电子枪采用双阳极磁控注入枪,用EGUN对其进行了设计优化,电子注纵横速度比为1.53,速度零散为3.1%。实验研究表明,脉冲磁场峰值强度达到8 T,电子注电流达到2 A,电子电流基本传输到靶片,控制极与阳极没有截获到电子,脉冲磁场系统与电子枪工作正常,达到设计要求。     

栅网结构碳纳米管冷阴极电子光学系统的设计

基于碳纳米管冷阴极实验测试结果,采用三维粒子模拟软件对大面积碳纳米管冷阴极的场致发射特性进行了仿真,研究了栅网结构不同尺寸对碳纳米管冷阴极场致发射特性及电子注通过率的影响,并在此基础上设计出面积压缩比为18,输出电流密度为14.9 A/cm2的带状注电子枪。为进一步研制碳纳米管冷阴极电子光学系统和相关微波、毫米波电真空辐射源器件提供了技术基础。     

一种高功率返波管理论

对一种热阴极高功率返波管进行了理论研究,其具有寿命长稳定性好的特点。采用的热阴极发射电流密度为20 A/cm2,发射面积为100 cm2,发射总电流为2 kA。首先对该热阴极单阳极电子枪进行仿真研究,在确保不打火的情况下获得电子枪优化设计参数,再对整管进行粒子模拟研究,仿真结果表明,在工作频率为10.5 GHz时,该热阴极返波管的输出功率可以达到290 MW,换能效率为29%。     

Theoretical research on electron beam modulation in a field-emission cold cathode electron gun

In order to develop miniaturized and integrated electron vacuum devices, the electron beam modulation in a field- emission （FE） electron gun based on carbon nanotubes is researched. By feeding a high-frequency field between the cathode and the anode, the steady FE electron beam can be modulated in the electron gun. The optimal structure of the electron gun is discovered using 3D electromagnetism simulation software, and the FE electron gun is simulated by PIC simulation software. The results show that a broadband （74-114 GHz） modulation can be achieved by the electron gun with a rhombus channel, and the modulation amplitude of the beam current increases with the increases in the input power and the electrostatic field.     

碳纳米管冷阴极脉冲发射特性及仿真模型研究

针对碳纳米管场致发射冷阴极在微波、毫米波电真空辐射源器件中的应用需求,采用2μs,20 kV的脉冲高压对碳纳米管场致发射冷阴极的脉冲发射特性进行了实验研究.通过改变阴阳极间距,对碳纳米管冷阴极发射电流特性及发生脉冲高压打火后的碳纳米管冷阴极发射特性进行了测试研究.在直径为4 mm的圆形平面碳纳米管冷阴极上获得最大发射电流16 mA,电流密度为127 mA/cm~2.以实验测试数据为基础,结合粒子模拟软件建立碳纳米管冷阴极场致发射仿真模型,给出了该仿真模型的相关参数,为下一步设计研制碳纳米管冷阴极电子光学系统及相关辐射源器件奠定基础.     

0.6 THz三次谐波大回旋电子枪设计

基于会切磁场的理论模型,采用粒子模拟软件对0.6 THz三次谐波的太赫兹回旋管所需的大回旋电子光学系统进行研究。通过大量的模拟计算,分析讨论了不同参数对电子注的横向速度离散、纵向速度离散及横纵速度比的影响,优化了电子光学系统的性能参量,得到符合设计要求且具有工程实际应用的电子枪,该电子枪能够产生55 kV,1 A,横向速度离散为3.39%、纵向速度离散为7.10%、横纵速度比为1.53的大回旋电子注。     

等离子体填充圆柱波导中双流不稳定性的研究

 在无限大磁场情况下对等离子体填充圆柱波导中双电子注的相互作用进行了理论分析，得出行列式形式的色散方程。针对不同参数对色散方程进行数值计算，发现当两根电子注之间存在速度差时，通过快慢空间电荷波的相互作用，两电子注引起的双流不稳定性可以产生契伦柯夫辐射；当等离子体频率超过双注相互作用的频率范围后，可以大大加强和改善等离子体、两电子注三者之间的相互作用。     

基于Tesla变压器和螺旋线的长脉冲发生器

提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器，该发生器的螺旋型形成线包含有磁性材料构成的内导体棒和外屏蔽。形成线通过内置的高耦合Tesla变压器充电，变压器的初级线圈紧靠外磁芯导体，次级线圈位于螺旋中筒和外筒之间。对这种结构的螺旋线进行了特征参数的理论计算和波传输数值模拟，并进行了简单的原理验证实验。实验结果表明:这种设计是合理的、可行的。