Ka波段过模表面波振荡器数值模拟

为解决毫米波雷达对高功率微波源的急迫需求,采用Magic粒子模拟程序和CST高频仿真软件设计了一种工作在Ka波段的高功率表面波振荡器(Surface-wave Oscillator,SWO),该器件具有过模慢波结构,在中等电压(420kV)有较高的注波互作用效率。模拟结果表明这种器件在9.5个周期下能产生650MW输出功率的微波,转换效率达19.3%。     

X波段双频高功率返波振荡器的数值研究

提出了采用两段式同轴波纹慢波结构实现双频高功率微波输出的相对论返波振荡器,推导了该结构的TMOn模式色散方程,数值求解了两段式同轴波纹慢波结构TMOn模色散曲线,分析了该器件X波段双频高功率微波输出的产生机理,分析中考虑了电子注在慢波结构第二段工作效率不变和下降时的双频工作点情况,并运用2.5维全电磁粒子模拟程序验证了双频微波信号的可靠性.     

3cm双频高功率返波振荡器的粒子模拟研究

提出3cm双频两段式同轴相对论返波振荡器,用粒子模拟软件对其结构和电磁参数进行分析研究,优化得到的结构参数为第一、二段分别为10和4个周期数,周期长度分别为0.5cm、0.73cm,波纹幅值分别为0.13cm、0.21cm,平均半径2.9cm,同轴间隙为2.1cm。实验结果表明在环形相对论电子注电压为510kV,电流为9.4kA,引导磁场为0.7T的条件下,器件得到了3cm波段稳定的高功率双频微波输出,其平均功率约为0.75GW,平均功率效率为15.6%。     

带慢波结构的虚阴极振荡器

为探索新型高效率微波器件,受其它带慢波结构器件的启发,设计了由微波预调制腔、慢波结构腔和 微波提取腔组成的新型虚阴极振荡器。研究表明,由于慢波结构的存在,束-波转换效率高于普通虚阴极振荡器,在 电压550kV、电流16kA 下,可以获得频率为1. 95GHz,1. 4GW 的周期平均功率,16%的转换效率。随后在加速器平台 进行了初步的实验研究,获得了辐射功率约600MW,频率约1. 94GHz 的微波输出,频率单一,可实现锁频。分析知, 由于阴极制作过程导致电子发射不均匀是影响效率的主要原因。实验所测得的束-波转换效率达5%,表明该结构 的高功率微波器件可以提高束波转换效率。     

磁绝缘线振荡器的三维粒子模拟

用三维MAGIC数值模拟软件对一种特殊结构的磁绝缘线振荡器进行模拟，在二极管电压为506kV、电流为56kA时，在L波段获得了平均输出功率为2．78GW、工作主频为1．16GHz的微波输出，平均转换效率为9．8％，并研究了一些参数变化对微波输出的影响。     

多波切仑柯夫振荡器的粒子模拟

本文运用维相对论电磁模粒子模拟方法，对多波切仑柯夫振荡器进行模拟研究，模拟中考虑束波非线性相互作用。用实例分析两组结构参数的器件，得到与实验符合的结果，给出反映物理实质的清晰图象，以及器件性能与一些结构参数的依赖关系，并对之进行合理的解释。模拟表明：产生的微波在X波段，微波辐射效率达到25％，最大辐射功率为2．3GW。因此，粒子模拟方法可以作为多波切仑柯夫振荡器结构设计中一种方便经济的辅助工具。     

带反射腔的双频相对论返波振荡器的粒子模拟研究

设计了一种带新型非对称反射腔的同轴相对论返波振荡器,实现了X波段的双频稳定输出。利用CHIPIC 2.5维粒子模拟软件进行粒子模拟研究。仿真结果表明,在强流电子束电压为480kV,电流为7.5kA,引导磁场为2.7T的条件下,得到稳定的双频输出,频率分别为8.7GHz,9.4GHz,平均功率800MW,效率22.2%。     

高功率相对论返波振荡器的研究

本文用自洽的线性场理论对相论返波管进行了分析和数值计算,预见出器件的工作频率及特性,报道了Ｘ波段相对论返波管实验结果：器件在束流１．８ｋＡ,束能４５０ｋｅＶ的相对论电子注驱动下,在中心频率９．３０ＧＨｚ处产生了峰值功率达１００ＭＷ的微波辐射。运用全电磁的相对论的２１／２维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟了返波管中注波互作用的非线性过程。最后对实验结果,线性理论分析结果,ＭＡＧＩＣ模拟结果进行了全面的比较     

X 波段衍射输出相对论磁控管的粒子模拟研究

：本文报道了一个X 波段18 腔衍射输出相对论磁控管的初步模拟研究结果。利用高频场分析软件和粒子模拟软件, 通过分析和优化器件的结构参数,合理选取电磁场取值大小,最终得到：在二极管电压350 kV,外加磁场0.41T 条件下, 可以得到输出功率1.09 GW、功率转换效率为22%、频率9.59GHz 的微波。     

波段双电子注相对论返波振荡器的粒子模拟

首次提出了由双电子注同轴相对论返波管来产生双频微波输出,采用2.5 维相对论全电磁PIC 粒子模拟软件,进行粒子模拟研究。结果表明在环形相对论电子注电压625kV,电流24kA,引导磁场0.772T 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11.5GHz 和12.2GHz,两频率相差700MHz,平均功率约为1.15GW,平均功率效率7.7%。     

同轴型相对论返波管的粒子模拟研究

本文提出和设计了一种Ｘ波段大直径同轴相对论返波管,同时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中ＴＭｏｎ模式的色散关系,耦合阻抗,运用粒子模拟程序仿真了器件中波互作用的非线性物理过程,预见了器件输出功率,效率,工作频率,并对器件功率与慢波结构尺寸,电子波束流参数,引导磁场强度之关系进行了优化分析。     

X波段低磁场相对论返波管振荡器实验研究

基于现有永磁磁体的参数,并结合高功率微波器件的优点,设计了一个X 波段低磁场相对论返波管振荡器,当引导磁场强度为0. 48T、二极管束压和束流分别为530 kV 和7. 0 kA 时,通过粒子模拟软件得到频率9. 42 GHz、功率1. 11GW 的模拟微波输出,器件束波转换效率30%。在强流电子束加速器平台上进行实验研究,当二极管电压500kV、电流6. 2kA、引导磁场强度0. 46T 时,得到频率为9. 40GHz、功率为900MW、脉宽为32ns 的微波输出。该实验结果为低磁场器件实现高功率、高效率微波输出及永磁包装打下了良好的基础。     

低引导磁场相对论返波管振荡器设计

从线性化的Vlasov方程出发,研究了相对论返波管中产生的微波功率与磁场的关系,给出了低引导磁场相对论返波管振荡器的设计准则;设计了一个高效率的高功率返波管振荡器,通过采用过模的分段、非均匀慢波结构,实现器件的高效率、高功率运行,同时通过在慢波结构末端添加部分反射腔来降低引导磁场强度.当引导磁场强度为0.6T、电子能量和束流分别为800 keV和7.6kA时,采用2.5维Particle in Cell(PIC)程序模拟得到频率为9.6 GHz、功率为1.85 GW的微波输出.     

X 波段注入锁定相对论返波管设计

为实现X 波段的相干功率合成,提出了一种高功率的注入锁定相对论返波管模型。器件在结构上分为输入腔和 输出慢波结构：输入腔用于减少注入微波的泄漏,同时腔内的驻波电场可以有效调制电子束;输出慢波段实现调制电子 束的换能输出。模拟表明该结构在注入功率6 kW 的条件下,可以实现2.5 GW输出微波的相位控制。     

Numerical Simulation of Pulse Shortening in RBWOs

Pulse shortening hinders improvement of microwave output energy for high power microwave tubes. So far, it is also an unresolved problem in the field of high power microwave devices.In this paper, relativistic backward wave tube (RBWO) is treated as an example to study the pulse shortening phenomena. The influences of gas existing in the tube and explosive emission in inner surface of RBWO are all investigated by means of the particle-in-cell method. Through the simulation results, it can be predicted that the background gas in the tube is one but not the most important factor resulting in pulse shortening, in order to broaden the pulse width of gas-filled RBWO, the pressure of the filled gas must be controlled in a proper value. The explosive emission in the surface of slow wave structure due to intense electric field is one of the most important factors causing pulse shortening in high power microwave tube.Some methods to overcome this kind of explosive emission are also given.     

俄罗斯基于超辐射机理相对论返波管实验研究进展

基于超辐射机理相对论返波管能产生高峰值功率、高峰值转换效率、快速上升前沿的纳秒／亚纳秒微波脉冲，正成为高功率微波源系统小型化的新技术途径．本文介绍了近几年来俄罗斯方面对超辐射返波管器件的实验研究情况，重点报道了Ka波段和X波段超辐射返波管器件的最新进展，并指出发展趋势及存在的一些关键技术问题．     

用EWB对LC振荡器进行模拟验证的研究

介绍了如何用EWB对LC振荡器进行模拟验证，分别对LC振荡器的元器件参数改变、起振过程、振荡电压波形及间歇振荡进行了观察和分析。     

高功率微波三维全电磁PIC并行模拟

 研制了一个三维全电磁粒子模拟并行程序,用于模拟具有复杂几何结构的高功率微波源器件中的电磁场和电子束相互作用随时间非线性演化过程.本文给出基于"块-网格片"的并行区域分解策略,以及建立在该基础上的并行时间积分算法.采用该并行程序计算一典型微波源器件,在上千台处理机上获得可扩展的并行性能,且模拟结果与国际同类型软件具有可比性.     

高功率微波三维全电磁PIC并行模拟

研制了一个三维全电磁粒子模拟并行程序,用于模拟具有复杂几何结构的高功率微波源器件中的电磁场和电子束相互作用随时间非线性演化过程.本文给出基于"块.网格片"的并行区域分解策略,以及建立在该基础上的并行时间积分算法.采用该并行程序计算一典型微波源器件,在上千台处理机上获得可扩展的并行性能,且模拟结果与国际同类型软件具有可比性.