考虑到束-波相互作用的速调管离子噪声二维模拟

采用粒子模拟的方法并考虑电子束与电磁波的相互作用，首次直接得到了速调管输出信号的离子噪声图像，阐述了束电子、二次电子、离子、电磁场之间的相互作用的动力学过程. 指出离子噪声所表现出来的相位波动是由电子束速度的波动引起的，电子束速度的变化来源于管内离子数量的变化，离子的数量的变化又与电子束状态变化相互影响，这是离子噪声产生的根本原因. 二次电子对离子噪声产生过程的影响甚微，但是其行为却反映了离子噪声的形成机理. 离子噪声引发的输出信号幅度波动取决于电子束速度和半径的改变，与离子行为密切相关. 关键词： 离子噪声 速调管 粒子模拟 电子束     

提高微波功率源性能的一种新型控制系统

本控制系统用于抑制大功率速调管输出微波功率宏脉冲平顶波纹,改善电子直线加速器输出束流的品质.控制方法采用微分线性逼近和矩阵算法对系统的输入和输出进行分析,求出代表系统响应的传输矩阵,从而将复杂的激励一响应计算转化为简单的代数运算.实验结果显示出宏脉冲平项波纹得到了有效抑制,说明采用自适应前馈控制来获得平坦的宏脉冲平顶是切实可行的.     

Preliminary design of high-power wave-guide/transmission system for multimegawatt CW requirements of 100 MeV proton LINAC

Development of a 100 MeV CW proton LINAC has been planned at CAT. This LINAC will be needing CW rf power in the frequency ranges of 350 MHz and 700 MHz for its RFQ and DTL/CCDTL/SFDTL structures respectively. The power to the accelerating structures will be produced by either 1 MW CW or 250 kW CW klystrons/inductive output tubes (HOM IOTs). The power needed by respective feed points in the structure is max. 250 kW which will be powered by splitting the power from 1 MW klystron/klystrode into four channels by using a wave-guide system. In case of using 250 kW tubes the power to the structures will be provided directly from each tube. Two types of wave-guide transmission system have been considered, viz, WR 2300 for 350 MHz rf needs and WR 1500 for 700 MHz rf needs. The typical wave-guide system has been designed using the 1 MW CW klystron followed by wave-guide filter, dual directional coupler, high-power circulator, three 3 dB magic TEE power dividers to split the main channel into four equal channels of 250 kW each. Each individual channel has dual directional couplers, flexible wave-guide sections and high power ceramic vacuum window. The circulator and each power divider is terminated into the isolated ports by high power CW loads. Out of the four channels three channels have phase shifters. Present paper describes the technological aspects and design specifications-considerations for these stringent requirements.     

多束速调管的增益带宽

 研究了M个束、N个共振腔的多束速调管(MBK)的增益和带宽，得到了描述小信号增益和带宽与器件结构参数和电子束参数关系的公式，给出了在不同参数下增益随频率的变化曲线。分析了多腔对增益，多束对带宽的影响。计算结果表明：多腔可以提高增益；多束可以降低Q值，从而可以增中带宽，带宽增加工了3.6%，还可以提高增益；对于MBK，频率交叉调谐对增加带宽不如频率调谐好；空间电荷波只对增益有影响，对带宽没有影响。最后，预估一种L带多束速调管的增益带宽为8.1%。     

大耦合孔同轴输出腔的3维解析分析

 在高功率微波器件中，通常采用大耦合孔的同轴微波输出腔，该腔为3维结构。采用场等效原理将腔体、耦合孔及其输出负载(行波边界)进行分区,每个区域中的场由界面上的磁流密度决定。采用格林函数积分法可得每个区域中的3维场,再由各个区域的场匹配方程求得腔体的谐振频率、特性阻抗、有载品质因数、模式分布等参数。为腔体的计算和设计提供一种计算模型。     

相对论速调管放大器辐射频率可调性机理

 用场方法研究了相对论速调管放大器辐射频率的可调性。发现调制电流频率的可调性与一阶Bessel函数的周期相关，对应相同的一阶Bessel函数值，可以有多个不同数值的宗量，调制电流的频率与Bessel函数宗量数值包括中间腔与提取腔之间的距离和电子束的传输速度等因素相联系。理论估计的调制电流频率可调范围与实验测得的结果符合得很好。相对论速调管放大器辐射频率的可调性还取决于提取腔的设计。     

长脉冲相对论速调管中束流脉冲缩短的研究

介绍L波段长脉冲相对论速调管放大器研究中，长脉冲强流相对论电子束(IREB)经过输入腔和中间腔间隙后的脉冲缩短问题.分析了造成束流脉冲缩短的主要机理之一是高频系统的角向非均匀模式与电子束相互作用而使得束流扩散形成的，并经过实验参数的调节，减轻了长脉冲IREB的脉冲缩短问题，得到了较强的基波调制电流.从长脉冲加速器引出500 kV，3.5 kA，1.3 μs的电子束，经过输入腔和两个群聚腔的调制后，得到了2.0 kA的基波调制电流，束流脉冲宽度由0.3 μs增加到1 μs，束流脉冲缩短问题得到明显减轻. 关键词： 相对论速调管放大器 脉冲缩短 高功率微波 长脉冲强流相对论电子束     

采用组合引导磁场的多注二极管设计

分析了采用单一同轴磁场时强流相对论多注阴极的侧端发射问题,研究了在不同磁场内半径和多注漂移管长度情况下多注电子束的传输效率。研究发现:由于引导磁场尺寸有限,高压下多注阴极杆及多注阴极柱的电子束发射是影响多注电子束传输效率的主要因素,且该部分电子束对多注漂移管入口管壁的轰击直接影响了多注速调管的重频能力。设计了采用永磁铁和同轴磁场组合工作的强流相对论多注二极管,理论分析和模拟计算证明:基于组合磁场的多注二极管可明显减弱甚至抑制多注阴极发射球头以外的电子束发射,并且组合磁场的磁场位形和强度可满足强流相对论多注电子束的高效、稳定传输。     

新型高功率径向强流速调管振荡器

 提出了一种新结构的高功率径向强流速调管振荡器,该器件利用折叠式同轴谐振腔的微波场与接近空间电荷限制电流的径向电子束强烈相互作用产生高功率微波。首先对这种器件的实现机理进行了初步的分析，提出了有间隙电压情况时的径向同轴间隙的空间电荷限制电流1维近似估计模型。分析表明：对于电子束直流接近但小于直流空间限制电流的径向速调管，当有调制间隙电压时，空间限制电流要小于无调制间隙电压情况下的直流空间限制电流，径向强流电子束电流接近和超过空间电荷限制电流时会出现强烈的调制。然后用PIC程序对其特性进行了粒子模拟，在二极管输入电压500 kV、电子束电流为30 kA条件下，最终得到了峰值功率6 GW、频率1.3 GHz的微波输出。     

双间隙输出腔开放腔的高频特性分析

 建立了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔开放腔的3维模型。采用时域有限差分法，通过监测激励电流源的响应计算了该双间隙输出腔的谐振频率、有载Q值、场分布以及特性阻抗，并分析了腔体结构尺寸对谐振频率、有载Q值和特性阻抗的影响。研究表明：腔体半径对开放腔的谐振频率影响很大，耦合孔尺寸对腔体谐振频率的影响较小；随着耦合孔张角增加，有载Q值逐渐减小；随着腔体半径增大、间隙的减小，腔体特性阻抗降低。研究结果可为S波段强流相对论速调管放大器双间隙输出腔的设计提供理论依据。