回旋行波管动力学分析及数值计算

 以小回旋电子注、均匀截面光滑壁圆柱波导为例,对回旋行波管动力学色散方程作了解析分析和讨论;数值计算和分析了注波互作用耦合系数与电子注参数的相互关系,为优化选择电子注参数,提高注波互作用效率获得了依据。     

大回旋cusp电子注数值模拟

 新一代宽带、高增益、大功率回旋行波管需要新型的电子注，而大回旋cusp电子注为其实现提供了可能。对大回旋cusp电子注进行系统理论分析，建立了大回旋cusp电子注的物理模型，在理论分析基础上进行了大量数值计算和模拟优化，并对大回旋cusp电子枪设计中的影响因素进行探讨。设计出一支低速度零散、高速度比、低纹波，适用于高次谐波的高功率(54 kV, 2.7 A)cusp电子枪。     

Preliminary Design of a Harmonic-doubling Gyrotron Traveling Wave Amplifier

This study proposes a Ka-band harmonic-doubling gyrotron traveling-wave amplifier (gyro- TWT), using distributed wall losses in the input stage and mode-selective interaction circuit in the output stage, to improve the stability of the amplification. Based on a large signal simulation code, a saturated peak power of 163 kW with an efficiency of 15.5%, a gain of 31.1 dB, and a 3 dB bandwidth of 0.9 GHz is predicted for the gyro-TWT driven by 70 kV, 15 A electron beam with a velocity ratio of 1.2 and velocity spread 5% at 33.2 GHz.     

W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

回旋行波管是下一代高分辨率成像雷达、高速率远程通信等电子系统首选的高功率电磁波辐射源,在国防安全方面具有重要的战略意义,研究发现,螺旋波纹波导回旋行波管具有较大的带宽,较高的电子效率及稳定性,本文从有源麦克斯韦方程组出发,系统地推导了螺旋波纹波导的色散方程及非线性注波互作用理论,数值计算结果与已有的实验报道基本相符,在此基础上,设计了W波段螺旋波纹回旋行波管,工作电压为80kV,工作电流为5A,中心频率为95GHz,3dB带宽约4.5%,饱和增益为52dB,最大输出功率为142kW,电子效率达20%—35%.最后,本文计算了电流、电压及输入功率的改变对W波段螺旋波纹波导回旋行波管输出性能的影响。     

MAFIA计算螺旋型回旋行波管色散特性

 为了给回旋行波放大器中螺旋管的设计提供一种简单易行的计算和优化方法,构建了特定的螺旋型回旋管模型,并用色散特性方程和MAFIA软件计算了其色散特性。采用MAFIA软件计算时,由于周期条件,相移从-180°到180°,每30°计算一次,对应的传递常数从-0.837 8 cm ^-1 变化到0.837 8 cm ^-1 。由于在准周期条件中相应的相移对应相应的传递常数,求解出对应的基模频率,通过模式识别,得出耦合以后的模式频率,即可以得出色散曲线。结果表明：在8.3～10.6 GHz的工作频率范围内,两者的计算结果吻合较好,相对偏差小于0.5%。色散曲线趋于斜率为正的直线,该特性说明了螺旋型回旋行波管具有较高的工作效率和较宽的带宽。     

一种高功率宽带回旋行波放大器

 研究了一种X波段高功率宽带回旋行波放大器，它由改变了局部周期的矩形盘荷波导组成，并采用锥化引导磁场和盘的高度来提高增益和带宽。分析了器件的线性特性。利用全电磁（PIC）三维模拟程序EMC进行了数值模拟，结果表明：可以得到功率介于88~103kW，相对带宽介于16.63%~24.11%的不同微波输出。     

Design and Simulation of an Ultra-Broadband Ku-BandGyro-TWT for Radar Applications

In this paper, the design of an ultra-broadband Ku-band gyro-TWT amplifier is presented in detail. The preliminary parameters of the interaction structure derived from the dispersion relationship and the linear theory of the gyro-TWT with distributed wall losses is optimized by the self-consistent nonlinear code. The performance of the designed gyro-TWT is simulated by the nonlinear code. The simulation results show that the gain and the bandwidth of the designed Ku-band gyro-TWT is about 36.5 dB and 2.1 GHz with 3 dB bandwidth (about 12.7%) respectively at the input power 19.0 W.     

倍频谐波回旋行波放大器的研究

 通过研究倍频谐波回旋行波放大器中电子束在调制区和漂移区中的群聚与在辐射区中的辐射,给出了器件各部分的最佳参数;同时在均匀波导管和引导场的情况下,运用低速率比的电子束获得了宽带输出。当电子束的电压为130kV、电流为20A、速率比为0.8以及纵向速度散度为1%时,模拟得到器件的饱和带宽至少可达到10%,峰值功率和增益分别为290k W和50dB,常数驱动带宽约9%。     

大回旋电子束双磁会切电子枪的设计

 分析了Ka波段二次谐波回旋行波管双磁会切电子枪的理论模型，计算了电子枪的设计参数；采用EGUN软件进行模拟，设计出了产生大回旋电子束的双磁会切电子枪。该枪电压为70 kV，电流为3.35 A，电子束横纵速度比为1.62，速度零散为4.2%。给出了电子束速度比、速度零散沿轴线的分布，进而讨论了阳极电压对电子束性能的影响，结果表明选择适当的阳极电压和阴极磁场对得到好的电子束参量作用明显。     

介质加载回旋行波管小信号分析

 应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，结合介质加载波导的冷场分析，数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度。改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡。结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线。