带电粒子与静电波相互作用单粒子方程的严格解

研究了带电粒子与静电波之间的相互作用, 给出了带电粒子运动方程的严格解, 得出了粒子的速度的解析表达式, 同时推导出了带电粒子被静电波俘获的数学条件, 讨论了粒子与波能量交换的物理过程, 对现有等离子体物理的教材中相关的问题是一个补充. 本文结果对带电粒子加速器、微波管以及基础等离子体问题的研究有一定参考意义.     

大间隙速调管输出腔支撑杆的3维设计

利用3维高频软件对大间隙速调管输出腔及其同轴提取波导金属支撑杆进行了高频分析,建立了带双排金属支撑杆的大间隙输出腔3维结构模型,采用3维PIC程序对该输出腔的提取效果进行了粒子模拟。研究结果表明:作为输出腔同轴提取波导支撑的第二排支撑杆,和兼作输出腔腔壁的第一排支撑杆,都会影响输出腔的高频谐振特性,因此必须结合大间隙输出腔进行一体化设计;此时同轴提取波导支撑杆设计的基本原则不以追求最高的TEM模式传输效率为目的,而是通过控制双排支撑杆的散射特性,得到合适的外部品质因数和间隙电场强度。在注入电功率约2.9 GW,束流调制深度90%时,设计的带双排支撑杆的3.6 GHz大间隙输出腔结构,可提取约1.06 GW的平均功率,效率约36.5%。     

一种高功率微波空间滤波器的设计与初步实验研究

研究了一种新型高功率微波空间滤波器(双工器),该空间滤波器通过放置在天线近场的周期性金属圆柱阵列实现线极化波的反射和透射.通过对比研究低功率条件下放置该双工器前后的辐射方向图,发现该双工器对S波段微波的反射效率达到96%,对X波段微波的透射效率达到97%,隔离度分别达到25dB以上,交叉耦合度在-25dB以下.在S/X波段各自注入1.5GW的高功率微波,脉冲宽度为100ns的条件下,放置双工器后没有发现明显的微波脉冲缩短现象.     

X波段GW级长脉冲高功率微波源的设计与实验

通过理论分析指出,单模相对论返波振荡器内的平均场强正比于其工作频率,工作在高频段难以实现长脉冲运行。采用电磁场仿真方法,比较了X波段单模和过模慢波结构的场分布特点,结果表明:增加过模比能有效减小慢波结构表面的射频场强,但由于场分布变化导致场强的减小与过模比的增加相比并不显著。利用过模比约为3的慢波结构设计了一种X波段长脉冲高功率微波源。实验中,在单次运行条件下,输出微波功率达到2 GW、脉宽80 ns;在20 Hz重复频率运行条件下,输出微波功率达到1.2 GW、脉宽100 ns。器件产生的微波频率为9.38 GHz,主模为TM01,效率约24%。微波窗口和慢波结构表面的射频击穿是目前实验中限制微波功率和脉宽增加的关键因素。     

低频段紧凑型同轴相对论返波振荡器

基于P波段新型三周期慢波结构同轴相对论返波振荡器设计思想,设计了一个L波段同轴相对论返波振荡器。粒子模拟表明,在二极管电压591 kV、电流8.2 kA、导引磁场0.8 T时,获得了1.50 GW的微波输出,频率为1.64 GHz,效率达31%,器件慢波结构尺寸仅为f96 mm207 mm。分析了该器件实际高频结构的电动力学特性,重点研究了纵向谐振模式、品质因数等特点,并结合P波段的研究结果,得到了该类器件的相关设计指标:慢波结构长度约为一个波长,波纹周期约5/13波长,外波纹深度约1/10波长,内波纹深度约1/30波长,电子束半径约0.7倍外波纹平均半径,器件的纵向工作模式为0.8模,对应的Q值约16。     

4.8MJ脉宽调制型励磁电源设计

利用脉宽调制技术,设计了一台为高功率微波源提供导引磁场的脉宽调制型励磁电源,它可在励磁线圈中产生一定持续时间的准稳态强磁场。励磁电源的储能部分采用容量15 F、最高充电电压800 V的储能密度较高的超级电容器,最大储能为4.8 MJ,内阻小于0.25Ω。在储能电容充电645 V的情况下,对电感约为60 mH、电阻约0.40Ω的励磁线圈进行了励磁实验,获得了持续时间为1.9 s、幅值为900 A准稳态电流,电流波动幅度为5%,对应线圈中的最大轴向磁场为2.2 T。实验结果与理论计算基本一致,表明所研制的励磁电源达到了设计要求。     

带电粒子与静电波相互作用单粒子方程的严格解

研究了带电粒子与静电波之间的相互作用,给出了带电粒子运动方程的严格解,得出了粒子的速度的解析表达式,同时推导出了带电粒子被静电波俘获的数学条件,讨论了粒子与波能量交换的物理过程,对现有等离子体物理的教材中相关的问题是一个补充.本文结果对带电粒子加速器、微波管以及基础等离子体问题的研究有一定参考意义.     

石墨阴极用于重频长脉冲高功率微波产生的初步实验

 选取两种不同成分的石墨材料（普通石墨和掺铜石墨）分别设计制作了用于电子显微镜实验的阴极样品和用于重频长脉冲高功率微波产生实验的阴极,并开展了初步实验研究。实验结果表明:掺铜石墨与普通石墨在微观结构方面存在明显不同,且掺铜石墨阴极在发射性能、微波脉冲宽度和微波脉冲后沿离散性等方面可能优于普通石墨阴极,但优势并不明显,还待在以后的实验中进一步验证。     

相对论返波管驱动的两腔大间隙速调管放大器

在大型功率合成阵列中,为解决现有种子源输出功率不足的问题,提出了利用相对论返波振荡器作为种子源锁定大间隙速调管放大器频率和相位的思路,并进行了由一个相对论返波管驱动一个高功率注入两腔大间隙速调管放大器的理论和初步实验研究。实验结果表明:大间隙速调管的频率被相对论返波管锁定,两个微波源的实时相位差在单脉冲内锁定在16之内,多脉冲间的相对相位差锁定在11之内,锁相时间约40 ns;在注入功率约22 MW时,大间隙速调管的输出功率约230 MW,增益约10 dB。     

多重电子超越现象对高功率注入大间隙速调管中束流群聚特性的影响

当注入功率较高时, 大间隙速调管输入腔的基频电流分布中, 除常规意义上的最佳群聚电流峰值(第一峰值电流)外, 出现了与第一峰值电流幅值相当的第二峰值电流. 结合群聚理论和粒子模拟结果, 研究和讨论了第二峰值电流产生的机理. 研究结果表明, 第二峰值电流的出现由高电压调制系数下出现的多重电子超越效应造成. 当二极管电压600 kV, 束流5 kA, 工作频率3.6 GHz 时, 利用多重超越效应可在保持最佳群聚距离基本不变的前提下, 把大间隙速调管的束流群聚深度由80%提高到92%, 群聚束流的基频功率也从2.2 GW提高到2.8 GW, 增幅约27%. 关键词： 大间隙速调管放大器 高功率注入 多重电子超越 束流群聚