改进型磁绝缘线振荡器的设计和数值模拟

 综合两种现有磁绝缘线振荡器的优点，对器件进行改进，将双渐变结构、轭流片和阻抗渐变三种增大功率的机制综合考虑，利用二维半全电磁PIC程序进行数值模拟，设计了一种新的改进型磁绝缘线振荡器，当外加电压为550kV，电流为35kA左右时，在L波段获得了6GW的峰值输出功率。     

MILO中场不稳定性的非线性发展及混沌行为

 以磁绝缘传输线振荡器中电子运动和辐射场演化方程为基础，分析了场与电子相互作用过程中的不稳定性。这种不稳定性的发展导致场出现极限环振荡和混沌。在软非线性区域，辐射场表现为不连续的极限环振荡；在硬非线性区域，辐射场表现为连续的混沌行为。控制失谐量可加速或抑制这些不稳定态的出现。优化和调节参数可控制器件的运行状态, 获得较高的输出功率。     

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。     

磁绝缘线振荡器中空间电荷的调制

 首次研究了磁绝缘线振荡器中射频场（包括辐射波场和空间电荷波场）对空间电荷的调制,得到了在饱和时谐波电流一阶分量的公式。这个公式表明：考虑空间电荷波时,在小信号和辐射波与空间电荷波同相的条件下,它将增强谐波电流。在大信号时,情况不确定;谐波电流一阶分量将随二极管上电压的增加而增加,随运行频率和饱和长度的增加而减少。     

高效率磁绝缘线振荡器的设计和数值模拟

 运用2维全电磁粒子模拟程序,综合硬管磁绝缘线振荡器和渐变型磁绝缘线振荡器的优点,设计了具有较易起振和较高效率L波段磁绝缘线振荡器。在普通L波段MILO的基础上,主要进行了两个方面的改进,一是将磁绝缘二极管设计为轴向,即绝缘磁场主要由阴极端面发射的电流提供,二极管间隙为2.2 cm;二是增加慢波结构叶片数目,加入渐变叶片结构,形成渐变MILO模型,叶片总数为13。并针对矩形和具有慢上升前沿的脉冲电压波形分别进行了输出腔、叶片等的优化。两种优化模型在输入电压500~600 kV时,在L波段都获得输出周期平均功率超过5 GW、效率大于20%的微波输出。并对实验中可能产生的射频击穿的问题,提出采用对扼流片尖端进行倒角处理以降低场强。模拟表明,该方法对输出功率和效率影响不大,但有效减小了击穿压力。     

L波段高阶模抑制型磁绝缘线振荡器研究

根据磁绝缘线振荡器(magnetically insulated transmission line oscillator, MILO)中基模(TM₀₀模)与临近高阶模(HEM₁₁模)高频场分布的区别,采用破坏各腔之间HEM₁₁模π 模谐振条件的方式抑制器件中高阶模产生的方法,提出了高阶模抑制型MILO. 运用三维全电磁粒子模拟软件对高阶模抑制型L波段MILO器件进行模拟研究, 数值模拟结果表面该方法能够抑制器件中HEM₁₁模的产生.在此基础上对器件进行了对比性实验研究, 实验结果表明高阶模抑制型器件能够抑制HEM₁₁模的产生,稳定工作在基模.     

紧凑型L波段磁绝缘线振荡器的粒子模拟

 采取减小阴极杆半径和长度、阴阳极间隙、叶片的长度和厚度及慢波结构周期的办法构造了一种紧凑型磁绝缘线性振荡器（MILO），并用2.5维全电磁PIC方法对这一器件进行了粒子模拟研究。该装置主频为1.9GHz，饱和后平均输出功率达5.4GW，束波转换效率达12％。紧凑型MILO结构能避免电击穿，电子束发射的对称性较易控制。     

虚阴极为负载的磁绝缘线振荡器设计和研究

 设计了S波段的MILO，工作频率为2.33 GHz，器件不容易产生模式竞争，适合于单模运行。进一步对MILO进行改造：阴极加入端面发射，使磁绝缘效果更好；收集极采用金属薄膜，利用磁绝缘电流形成虚阴极，充分发挥负载电流的磁绝缘作用，利用负载电流参与波束能量转换，使输出功率和效率进一步提高。通过优化设计的虚阴极MILO，在输入电压为450 kV，电流为45 kA时，最终得到2 GW的周期平均输出功率，效率高达10%。     

紧凑型L波段磁绝缘线振荡器的实验设计

 设计加工了一个L波段磁绝缘线振荡器(MILO)，并进行了实验研究。在二极管电压为515~538kV, 二极管电流为58~61kA的条件下, 获得了频率为1.76~1.78GHz，功率为2.2~2.5GW的TM₀₁模高功率微波辐射, 功率转换效率为7.3%~7.9%。实验结果与模拟结果符合得较好。     

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。