等离子体部分填充的波纹慢波结构中电磁波色散特性

对有限厚环形等离子体层填充的波纹慢波结构中电磁波色散特性进行了分析。研究结果表明,对于ω＞ωp的高频TM0n模,模式色散曲线随等离子体密度的增加而上移;ω≤ωp的低频等离子体模为一系列呈周期变化的密度谱,部分模式能与电子注发生较强的同步互作用。等离子体模的时间增长率随等离子体密度的增加快速增加,而TM0n模则快速减小或缓慢增加,因此在较高的等离子体密度下,高频模式可能被抑制。     

等离子体填充金属光子晶体慢波结构色散特性研究

等离子体填充慢波器件为高效率、高功率真空电子微波源的发展提供了新的途径, 但其仿真和理论都具有一定的难度. 本文将通过轮辐天线加载激励信号的方法引入到等离子体填充金属光子晶体慢波结构(SWS)的色散特性仿真分析中, 研究了慢波结构参数和等离子体密度对等离子体填充慢波结构色散特性的影响. 结果表明, 无等离子体填充时, 通过轮辐天线加载激励信号方式得到的色散特性与其他方法差别不大; 与已有结果对比表明, 该方法适用于等离子体填充慢波结构的分析. 为了减小轮辐天线对腔体谐振频率的影响, 需要适当减薄轮辐天线的厚度, 并尽可能缩短其与反射面之间的距离. 天线的厚度越大越能激励慢波场, 越小谐振模式越容易被激励; 慢波结构周期膜片外半径和厚度对色散特性影响不大, 周期长度和膜片内半径对色散特性影响较大; 频率和相速色散曲线随等离子体密度上升而整体向高频区移动; 等离子体填充对低频模点的影响要大于对高频模点的影响; 对于慢波器件, 需要选择高频模点工作模式, 以减少腔的尺寸并降低电子注的初速度.     

等离子体加载耦合腔慢波结构色散分析

利用磁化等离子体介电张量和纵向场分量法对任意大小轴向磁场中等离子体填充耦合腔慢波结构进行场分析，得到磁化等离子体填充电子注通道电磁波场分量的轴对称精确解.在此基础上，建立耦合腔分区模型、采用场匹配方法建立色散方程，并数值计算得出不同等离子体密度及磁场下的耦合腔色散曲线.对不同密度等离子体填充情况下的耦合腔色散特性、混合模式的形成机理以及等离子体空间电荷波进行了分析讨论. 关键词： 耦合腔慢波结构 等离子体 混合模式 色散特性     

梯形波纹同轴慢波结构色散特性及其纵向谐振特性

利用傅里叶级数展开,给出了一种求解梯形慢波结构表达式的方法。通过数值模拟,研究了级数展开次数对求解精度的影响。当级数为10阶时,线型拟合而成的结构与原结构吻合较好。利用此表达式数值求解了色散方程,得到两个最低阶模quasi-TEM模和A 模。分析了为实现电子束与quasi-TEM模的-1次空间谐波相互作用慢波结构参数所需满足的条件,并指出利用此条件下纵向电场具有表面波的特点可实现横向模式选择。采用S参数理论研究有限长慢波结构的纵向谐振特性,提出在同轴慢波器件中加入同轴引出结构可减少所需慢波结构周期数,这不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争从而提高器件效率、稳定产生微波频率。在此基础上设计了一种L波段同轴相对论返波振荡器,采用KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内束-波作用的物理过程。模拟结果表明,该器件具有径向尺寸小、束-波作用效率高的特点。在电子束能量700 keV、电子束流11.5 kA的条件下,器件在频率1.6 GHz处获得较高的微波输出,饱和后微波的平均功率达2.60 GW,平均效率约为32.3%。     

矩形波纹过模周期慢波结构色散特性及其单模工作分析

 通过数值模拟,给出了一种求解矩形波纹过模周期慢波结构TM_0n模的色散关系的简便方法;研究了周期慢波系统平均半径、波纹周期、波纹幅度等结构参数对本征模式色散特性的影响;讨论了周期慢波系统中表面波与体积波的存在条件;分析了过模周期慢波系统仍能工作在单模状态下的原因。结果表明,过模周期慢波系统中,当结构参数满足一定条件,且与束电压、束半径匹配,使电子束与TM₀₁模同步点位于π模附近,此时TM₀₁模的总场是表面波,在两种选模机制作用下系统可实现TM₀₁单模工作。     

矩形波纹过模周期慢波结构色散特性及其单模工作分析

通过数值模拟,给出了一种求解矩形波纹过模周期慢波结构TM0n模的色散关系的简便方法;研究了周期慢波系统平均半径、波纹周期、波纹幅度等结构参数对本征模式色散特性的影响;讨论了周期慢波系统中表面波与体积波的存在条件;分析了过模周期慢波系统仍能工作在单模状态下的原因。结果表明,过模周期慢波系统中,当结构参数满足一定条件,且与束电压、束半径匹配,使电子束与TM01模同步点位于π模附近,此时TM01模的总场是表面波,在两种选模机制作用下系统可实现TM01单模工作。     

磁绝缘线振荡器同轴慢波结构色散特性分析

同轴慢波结构是磁绝缘线振荡器的核心部分。从麦克斯韦方程组和弗洛奎定理出发,导出了磁绝缘线振荡器同轴慢波结构中TM模式的色散方程,并通过数值计算分析了此慢波结构的几何参数对磁绝缘线振荡器高频特性的影响,为磁绝缘线振荡器慢波结构设计提供了依据。     

等离子体填充波纹波导中低频模式特性分析

采用等离子体流体模型和线性场理论，导出了在强引导磁场下，一无限薄环形等离子体加载 波纹波导中电磁波传播的色散关系.数值计算并分析了在不同的等离子体填充密度下，低频 等离子体模式的色散特性和行波管的小信号增益.研究发现，低频等离子体模式可与相对论 电子束发生同步互作用使高频信号放大.同时，在无限薄环形等离子体填充条件下，波纹波 导中的低频等离子体模式严格满足Floquet定理所要求的周期性，其上截止频率不再受到等 离子体频率的限制，当密度较大时，等离子体模式还可与TM模式发生耦合. 关键词： 等离子体 波纹波导 色散关系 增益     

同轴任意槽形周期圆波导慢波结构色散特性的研究

用阶梯近似的方法分析任意槽形加载的圆波导慢波系统，利用各阶梯相邻面的导纳匹配条件 以及中心互作用区与加载区的场匹配条件，获得了任意槽形加载周期慢波结构的统一色散方 程. 利用该色散方程，得到色散特性与CST MWS仿真软件模拟结果良好符合. 分别求解几种 特殊槽形加载慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构色散和耦合阻抗均最弱， 而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 任意槽形 慢波结构 色散特性 行波管     

离子对电磁波传播特性的影响

对等离子体中电磁波传播的平板几何模型进行了修正, 讨论了离子对电磁波在大气压均匀非磁化弱电离等离子体中的反射、吸收和透射等传播特性的影响。数值分析的结果表明: 大气条件下, 离子对电磁波在均匀非磁化弱电离等离子体中传播特性的影响是显著的, 同时给出等离子体对电磁波的最大吸收值和吸收宽带。     

同轴周期慢波结构色散特性的通用数值解法

运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意同轴周期慢波结构色散特性的方法,给出了同轴慢波结构TM0n模的色散方程。基于该方法,编制了Matlab程序,给出了同轴波纹波导和同轴双波纹波导色散特性,以算例形式分析计算了同轴盘荷波导的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件结果进行比较,证明了该数值算法的准确性和可靠性。     

双离子成份等离子体的离子声色散关系

 以离子温度与电子温度之比为参数,将等离子体介电函数作展开,由此解析地求解了双离子成分等离子体的离子声快、慢波模的色散关系。与现有的其它解析理论相比较,所得到的解析公式更加准确。     

翼片加载螺旋带慢波结构的损耗特性

 因为金属不可能具有理想的导电性能，慢波系统的损耗总是存在的，因此衰减常数是衡量一个慢波系统优劣的重要参数之一。考虑螺旋带径向厚度，对介质进行分层，取不同的径向相位常数对翼片加载螺旋线慢波结构建立了螺旋带模型，详细推导了衰减常数表达式。计算结果表明，考虑螺旋带径向厚度将提高衰减常数的计算值，螺旋线本身的损耗占整个系统损耗的大部分。     

X波段类周期加载微波腔的优化设计和粒子模拟

提出了一种类周期加载微波腔结构,通过理论和全电磁2.5维相对论粒子模拟程序计算,证实了电子束可以与这种谐振腔结构发生相互作用。基于该谐振腔特点,通过ASTRA程序(包含电子束自身空间电荷场的粒子运动模拟程序)设计和优化了一个X波段的类周期加载微波腔振荡器,该振荡器的束波转换效率理论值可达52%,工作频率为9.4 GHz。然后用全电磁2.5维相对论粒子模拟程序进行了进一步的优化,模拟中,输入电压700 kV,电流6.6 kA,磁场4.4 T,其输出功率为1.67 GW,束波转换效率达到36%。实验上输出微波峰值功率达到1.3 GW,脉宽26 ns,束波转换效率为26%。     

螺旋线厚度对螺旋线慢波结构高频特性的影响

在螺旋坐标系下采用近似场匹配法研究了厚度较厚的螺旋线慢波结构的高频特性,得到了其色散方程,并数值计算了螺旋线厚度对慢波系统的相速的影响。结果表明：随螺旋线厚度的增加,慢波结构的色散曲线变得平坦,色散变弱,带宽增加。与软件仿真结果及Hook的螺旋线模型对比表明：采用近似场匹配法的计算结果与CST仿真吻合得更好,比Hook模型具有更高的准确性,从而证明所采用理论方法的有效性。     

新型自由矩形螺旋线慢波结构高频特性

在Sheath模型下,采用严格的场匹配法,结合积分形式的边界条件,推导了自由矩形螺旋线的色散方程和耦合阻抗表达式,并与近似理论进行对比。结果表明:与近似理论相比, 严禁场匹配法具有更高的准确性,且采用场匹配法的数值计算结果与3维商业电磁仿真软件结果吻合得很好。从而证明了所采用理论方法的有效性。同时分析了矩形螺旋线横截面尺寸、螺距、螺旋角、纵横比对色散特性和耦合阻抗的影响,结果表明：只有当矩形螺旋线横截面纵横比大于4时,才可忽略横截面的宽度对高频特性的影响,通过调节结构的参数可以改善色散和提高耦合阻抗。     

同轴周期慢波结构色散特性的通用数值解法

 运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意同轴周期慢波结构色散特性的方法,给出了同轴慢波结构TM_0n模的色散方程。基于该方法,编制了Matlab程序,给出了同轴波纹波导和同轴双波纹波导色散特性,以算例形式分析计算了同轴盘荷波导的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件结果进行比较,证明了该数值算法的准确性和可靠性。