等离子体填充0.14 THz相对论返波管模拟

模拟了0.14 THz相对论返波管中电子束与氩气相互作用产生等离子体的过程, 研究了在不同气压条件下, 等离子体对相对论返波管的输出功率、频率以及起振时间的影响. 模拟结果表明, 等离子体背景能引起太赫兹波段真空电子器件脉冲缩短, 并出现新的频率分量; 适当地注入等离子体能减少0.14 THz相对论返波管的起振时间, 提高器件的输出功率. 关键词： 太赫兹 相对论返波管 粒子模拟 等离子体     

X波段长脉冲同轴多注相对论速调管放大器的分析与设计

为了提高相对论速调管放大器的工作频率、输出功率以及转换效率, 结合三重轴相对论速调管和多注速调管的特点, 采用三维电磁粒子模拟软件分析与设计了工作在X波段的长脉冲同轴多注相对论速调管放大器, 通过优化设计有效地抑制了X波段长脉冲相对论速调管放大器的自激振荡, 避免了脉冲缩短现象的产生, 使X波段相对论速调管放大器在长脉冲状态下能够稳定工作, 在注入微波功率为70 kW、束压为600 kV、束流为5 kA、轴向引导磁感应强度为0.8 T的条件下, 输出微波功率达到了1.23 GW, 效率为41%, 增益为42 dB.     

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     

预脉冲对相对论磁控管工作性能的影响分析

 在阐述预脉冲产生的基础上，分析了预脉冲带来的一系列影响，包括工和电压波形变化，提前生成等离子体，以及预脉冲阶段放大竞争模式等，这些影响与相对论磁控管起振工作频率相联系，从而直接造成了相对论磁控管的基本性能参数，如脉宽、工作频率及输出功率等变化。结合具体实验，对比了有、无预脉冲条件下相对论磁控管工作性能的差异，对预脉冲的影响因素与相对论磁控管性能之间的联系进行了详细的分析。     

尾波场与相对论效应对激光脉冲自相位调制及频移影响的比较研究

对共振和非共振情形下尾波场效应与相对论效应对强激光脉冲在稀薄等离子体中传输的影响 作了详细比较.尾波场效应导致脉冲自相位调制的不对称性，其大小与初始脉冲形状和脉宽 大小有关.在长脉冲极限下，尾波场效应远小于相对论效应，从而可以忽略；在短脉冲极限 下，尾波场效应可以抵消相对论效应.在共振情况下，尾波场效应导致脉冲内大部分光子减 速. 关键词： 脉冲传输 等离子体 相对论效应 尾波场效应 自相位调制     

相对论返波管中击穿现象粒子模拟

随着相对论返波管(RBWO)输出功率的提高,RBWO内部击穿问题日益突出。击穿过程中产生的等离子体,会降低输出功率并导致脉冲缩短,大大限制了RBWO的输出单脉冲能量。采用3维粒子模拟,在反射器、慢波结构、提取腔局部区域产生等离子体,建立了RBWO单点击穿及多点击穿模型,获得了等离子体产生的区域和密度对微波输出性能的影响规律。模拟结果表明,输出微波功率随等离子体密度增加而迅速降低,多点击穿相对于单点击穿情况更容易引起输出微波脉冲提前终止,且发射器击穿产生的等离子体效应更为明显。     

长脉冲相对论速调管放大器的初步实验研究

 介绍了L波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的强流相对论电子束(IREB)的调制及微波提取等方面的实验研究。重点分析了束流经过中间腔间隙调制后束流脉冲缩短和输出微波脉冲缩短问题，经过对注入微波、中间腔和输出腔等参数的调节，得到了比较强的基波调制电流和微波辐射。采用446kV/3.0kA/1.4μs的空心电子束，经过四腔放大后，得到381MW/200ns的辐射微波，束波转换效率28%，增益34dB。     

S波段永磁式相对论磁控管设计及实验研究

对S波段永磁式全腔提取相对论磁控管进行了理论设计和数值模拟研究,并对其进行了实验研究。通过理论分析初步获取相对论磁控管结构参数,并采用三维电磁仿真软件对模型进行粒子仿真优化,根据引导磁场需求设计永磁磁场产生结构。该永磁式相对论磁控管在500 kV电压输入条件下,输出微波功率1.978 GW,效率49.2%。利用实验室小型脉冲功率驱动源平台开展了初步实验研究。实验中,该永磁式相对论磁控管在脉冲驱动源驱动下获得GW级输出功率,功率转换效率约40%,实验结果与模拟结果吻合得较好。     

相对论返波管超辐射产生与辐射的数值模拟研究

本文研究了相对论返波管产生X波段超辐射问题,产生中心频率为9.25 GHz的电磁脉冲,并在相对论返波管的输出端直接接入VLASOV辐射天线.提出将粒子模拟软件UNIPIC与自行研制的天线辐射模块相结合,实现超辐射现象微波的产生以及辐射的全过程模拟,并研究了输出功率随注入波脉冲以及填充稀有气体气压的变化.模拟结果表明,器件的峰值功率可以达到3.68 GW,瞬时效率超过100%,VLASOV天线在斜切角为20?时,天线的增益达到15.5 dB,在1 km处的功率密度可达到0.728 W/cm2.     

相对论谐波辐射对激光参数与等离子体参数的依赖特性

分析了相对论谐波辐射对入射激光参数和等离子体参数的依赖特性.结果表明：入射激光强度、脉冲宽度、脉冲形状和等离子体密度等参数对相对论谐波辐射有重要的影响.所得结果为实验提供了参考和依据. 关键词：     

A Theory of the Orotron with an Inclined Electron Beam

A linear and non-linear theory of the orotron with an electron beam inclined with respect to the surface of a periodic structure is presented. The beam inclination provides the possibility of the effective interaction of all particles of thick electron beam with slow evanescent harmonic of the cavity mode. On the basis of obtained analytical expression for the orotron starting current, the possibility to increase the device frequency up to 600 GHz is discussed. According to numerical simulations, the inclination of the beam allows increasing significantly both the electron efficiency and the output power of the device. The project of low-voltage orotron with the operating frequency of 100 GHz and output power of 10 W is proposed.     

Broadband Orotron Operation at Millimeter and Submillimeter Waves

Due to high selectivity of open cavity, wider electron beams with higher current can be used in orotron as compared with other Cherenkov devices. It provides important advantages at short millimeter and submillimeter waves. Theory and preliminary experiments in the short part of millimeter and long part of submillimeter wavelength range show that orotron with operating voltage of few kV can generate significantly higher output power than existing BWOs. Combined electronic and mechanical frequency tuning in the band of about of octave has been obtained.     

Pulsed wideband orotrons of millimeter and submillimeter waves

We have developed a series of low-voltage orotrons operated in the short-wave part of the millimeter and long-wave section of the submillimeter wavelength range. The use of an open resonator as the electrodynamic system of the orotron ensures high stability of the radiation frequency and a wide band of frequency tuning. The output orotron power achieved experimentally amounts to hundreds of milliwatts, which is sufficient for many promising spectroscopy methods. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 49, No. 11, pp. 958–963, November 2006.     

Theory of resonant relativistic oscillator with nonuniform focusing field

The two-dimensional model of millimeter wave resonant O-type oscillator (as orotron, ledatron, resonant BWO, etc.) with a relativistic electron beam is analyzed. The selfconsistent nonlinear simultaneous equations have been obtained for the arbitrary space distribution of the magnetic guide field. The start generation characteristics are analyzed under small-signal conditions with an analytical solution taken for the case of inclined focusing magnetic field. It is found that the efficiency of electron-wave interaction appreciably depends on the focusing field strength and the relativistic mass factor. The results of numerical optimization of the guide field structure are presented to show possibility of improvement of the start characteristics of the oscillator.     

基于离轴高增益速调管的X波段高功率合成技术研究

为了克服强流高增益速调管放大器中的自激振荡和适应低阻抗脉冲功率源发展的需要,利用高阻抗X波段五腔高增益速调管放大器进行了离轴八注八管高增益速调管功率合成技术研究,在频率为9.47 GHz、模拟输出功率为284 MW、增益为51.6 d B和效率为35.5%条件下,该器件整管微波输出稳定.在三维模型中,在离轴54 mm条件下该器件的微波输出特性稳定.基于实验室现有4.5 T(长1.1 m,室温孔径为150 mm)超导磁体,进行了八注八管高增益速调管的整管模拟,每个器件实现284 MW的微波输出.最后,为实现GW级功率输出,利用HFSS软件设计了用于离轴八注八管高增益速调管功率合成的八合一功率合成器,将该合成器同八注八管高增益速调管结合,模拟得到功率为1.84 GW、增益为50.7 d B、效率为28.8%的微波输出.     

Planar orotron experiments in the millimeter-wavelength band

The planar orotron is introduced and shown to be a viable source of moderate power and of millimeter and submillimeter wavelength radiation. The resonator is a slow-wave structure consisting of a rectangular metal grating which is opposed by a planar conducting boundary. The device operates in the surface harmonic mode: electrons interact with axially traveling waves which evanesce above the grating surface, and the amplified radiation leaves the resonator in parallel with the beam axis. Operation in both the forward and backward mode is possible. The resonator cavity is designed to enhance longitudinal reflections, and thereby enhance the output power and efficiency. The output frequency and tuning range are determined by the grating parameters. Experiments performed in the backward mode have produced radiation from 30 to 110 GHz at power levels ranging from 100 W to 2 kW. The efficiencies vary from 1 to 7%. The measured frequencies are closely predicted by a theory which is also presented     

S波段相对论速调管放大器同轴输出腔的数值模拟

 介绍了S波段强流相对论速调管放大器（RKA）同轴输出腔内束波转换效率和腔主要参数的计算、微波提取的粒子模拟和优化以及实验。模拟计算时，采用单间隙的同轴输出腔，束压580 kV、束流4 kA的环行电子束，基波调制深度为80%，利用3维粒子程序得到约500 MW的微波输出功率，效率21.5%。将该模拟结果应用于实验的设计，实验中采用束压550 kV、束流4 kA的电子束得到功率500 MW、脉宽120 ns的输出微波，束波转换效率22.7%，实验结果与模拟结果吻合较好。     

强流相对论电子束双腔纵向自调制研究

当强流相对论电子束在类双腔速调管系统中传输时，会发生自调制现象. 利用这一现象可以 在无微波注入的情况下得到较好的微波输出，这是一种由强流相对论效应引起的自激振荡. 利用这一原理有可能研制出一类新型的微波器件. 对强流相对论电子束在这种物理机制作用 下发生起振的条件及传输机理进行了理论分析，并进行了数值模拟. 优化结果显示，利用4k A, 500kV的强流相对论电子束，可得到099GHz，800MW的微波输出，效率约40％. 关键词： 强流相对论电子束 自调制 反馈机制 数值模拟     

同轴结构多频相对论返波管的粒子模拟

 提出由双电子注同轴相对论返波管产生双频的设想,采用2.5维相对论全电磁PIC粒子模拟软件,进行了粒子模拟研究。结果表明,在环形相对论电子注电压625 kV,电流24 kA,引导磁场0.772 T的条件下,器件得到了稳定的高功率双频微波输出。其双频微波频率分别为11.5,12.2 GHz,两频率相差0.7 GHz,平均功率约为1.15 GW,平均功率效率7.7%。另外,还通过改变周期数,进一步获得了三频的微波输出,并对结果进行了讨论。