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相似文献
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1.
提出了一种220 GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的物理结构.利用光子晶体高频带隙确定了回旋管高阶电磁模式类TE63和三次电子回旋模的互作用状态.通过非线性理论,研究了腔内类TE63和类TE92模的弱模式竞争,得到了有利于回旋管三次谐波起振的工作条件和起振过程的非线性特征,其结果与粒子模拟基本一致.研究表明,利用光子带隙谐振腔的禁带特征,回旋管中高阶电磁模与高次电子回旋模能够发生有效的互作用关系被得到证实.  相似文献   

2.
罗尧天  唐昌建 《物理学报》2011,60(1):14104-014104
定义了光子带隙谐振腔(photonic-band-gap cavity, PBGC)的等效半径,论证了使用该半径将PBGC等效为具有模式选择性的金属圆柱谐振腔的有效性,揭示了其在PBGC设计过程中的指导性作用.基于等效半径的运用,建立起光子带隙谐振腔回旋管振荡器(PBG回旋管)的自洽非线性理论,并对工作于TE32模的PBG回旋管作了理论分析和数值计算.目前的研究表明:高频电磁场沿角向呈行波或驻波的不同极化形式对PBG回旋管的注-波互作用过程具有较大的影响;较之电子回旋基波,该器件中二 关键词: 光子带隙谐振腔 等效半径 回旋管 自洽非线性理论  相似文献   

3.
回旋管光子带隙谐振腔冷腔电磁模式分析   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
刘畅  罗尧天  唐昌建  刘濮鲲 《物理学报》2009,58(12):8174-8179
利用二维三角格子金属光子带隙谐振腔代替回旋管的传统柱形谐振腔,并对腔体进行了TE波模式的计算与分析.综合考虑腔体内外的结构特征,给出了光子带隙谐振腔冷腔模式理论的研究方法,发现腔内存在单模工作的可能与条件以及非角对称情况下的电磁模式分布特征.研究结果表明,利用光子带隙谐振腔代替回旋管的传统腔体,可使回旋管在不受腔体横向尺度限制的条件下实现单模工作.这对于提高回旋管的功率容量、有效实现高次单模与高次回旋谐波耦合条件下的注-波互作用、降低工作磁场并从物理上根本改变回旋管的工作状态提供了理论依据. 关键词: 回旋管 金属光子带隙 谐振腔  相似文献   

4.
韩煜  袁学松  马春燕  鄢扬 《物理学报》2012,61(6):64102-064102
以电子回旋脉塞非线性理论为基础, 结合三维电磁仿真软件, 通过导入高频场数值解替代理论解析的方法, 对波瓣波导谐振腔高次谐波太赫兹回旋管进行了理论和模拟研究. 给出了该类回旋管的起振电流、耦合系数以及注波互作用效率等重要参数, 并在此基础上设计了一只工作频率为0.4 THz, 工作模式TE33模三次谐波波瓣波导谐振腔回旋管, 其电子注参数为1.0 A, 40.5 kV, 横纵速度比1.5,互作用区引导磁场为5.09 T, 输出功率达到3.3 kW.  相似文献   

5.
采用冷腔分析研究了带有光阑结构的开放式谐振腔中的模式竞争,设计了采用TE61模式工作的W波段三次谐波回旋管谐振腔。PIC粒子模拟结果表明:在不考虑腔壁损耗及电子注能散的情况下,采用注电压45 kV、电流3 A的电子注,可以实现三次谐波单模稳定工作,并获得约20 kW的输出功率,对应工作效率14.8%。  相似文献   

6.
W波段二次谐波突变复合腔回旋管数值模拟   总被引:1,自引:1,他引:0       下载免费PDF全文
 通过对二次谐波低电压突变结构复合腔回旋管中谐振腔结构、模式竞争以及电子注-波互作用的研究,分析了高频结构特性、寄生模式的抑制和工作参数优化等问题。给出了3 mm 二次谐波低损耗TE02/TE03模式回旋管的模拟设计结果。计算采用了坡度磁场,互作用效率得到显著提高。PIC粒子模拟结果表明:在电子注电压25 kV、电流4 A、纵横速度比1.6、工作磁场1.72 T时,回旋管可获得37 kW 的输出功率,横向运动能量转换效率高达51%,器件效率为37%。  相似文献   

7.
首次实现W波段三次谐波回旋管输出功率突破10kW。谐波回旋管互作用结构采用带有光阑结构的圆柱型开放式谐振腔,工作模式为低损耗圆对称模式TE02。实验中,在脉冲宽度20μs、电子束电压45kV、电流3A、磁场1.23T时,测得工作频率为95.22GHz,输出功率13.4kW,对应效率9.9%。  相似文献   

8.
覃觅觅  罗勇  杨阔  黄勇 《物理学报》2014,63(5):50203-050203
回旋管是最有希望应用于正在实施的国际热核实验反应堆计划的微波源器件,然而研究设计符合要求的回旋管还存在很多困难需要解决.对170 GHz兆瓦级光滑同轴回旋管的注-波互作用进行了研究.选取模式谱相对稀疏的TE31,12作为工作模式,利用Matlab编制源程序,计算了同轴回旋管的注-波耦合系数、起振电流.在考虑电子速度零散、腔壁电阻率和单模近似的基础上,对光滑同轴谐振腔的优化设计和注-波互作用进行了仿真,给出了磁场、电压、电流和内导体倾角等参量与回旋管效率的关系.结果表明,电压和磁场对回旋管效率影响较大,电子速度零散对回旋管效率影响较小,因而可降低电子枪的设计要求.此外,优化内导体倾角和同轴谐振腔结构参数可提高注-波互作用效率,降低电子速度零散对互作用效率的影响,获得了约50%的电子效率及1.7 MW输出功率.  相似文献   

9.
采用线性理论和非线性理论研究了回旋管谐振腔结构、寄生模式抑制及注波互作用等问题。设计了一支工作在95 GHz的三次谐波回旋管,注波互作用结构采用标准开放式谐振单腔,工作模式为TE64, 采用电压45 kV、电流5 A、横纵速度比为1.5的小回旋电子注。在不考虑电子注速度离散及厚度的情况下,非线性理论分析表明,该回旋管可以获得14 kW功率输出,横向互作用效率约为18%,整管效率约11%。  相似文献   

10.
准光共焦波导具有功率容量大、模式密度低的特点,能够有效地减少模式竞争对回旋管互作用的影响,有利于高次谐波太赫兹回旋管的设计.为提高太赫兹准光回旋管的互作用效率,在共焦柱面波导的基础上,研究了一种新型高频互作用结构——双共焦波导结构,设计了一种330 GHz二次谐波双共焦结构回旋管谐振腔并对其进行了理论分析和粒子模拟.研究结果表明,双共焦谐振腔中的高阶模式能够与高次电子回旋谐波发生稳定的相互作用,并且没有模式竞争现象,具备工作在太赫兹波段的潜力.相比普通共焦波导谐振腔,双共焦谐振腔能够增强准光回旋管的注波互作用强度,提高回旋管的输出功率和工作效率.此外,结果还表明双共焦波导中的电磁波模式是一种由两个独立的共焦波导模式叠加而成的混合模式.利用这种混合模式有望实现太赫兹回旋管的单注双频工作,为新型太赫兹辐射源的研究提供了新的途径.  相似文献   

11.
 根据回旋管的电子回旋脉塞理论,借助于编写的回旋振荡管自洽非线性注-波互作用计算程序,设计出了工作频率94 GHz、工作电压30 kV、工作电流3 A的基次谐波连续波单腔回旋振荡管,工作模式为TE02模。设计的回旋振荡管在电压30.0 kV、电流3.0 A、速度横纵比1.5的条件下,获得了31.8 kW的输出功率,电子效率约35%。利用粒子模拟仿真软件对设计的回旋管收集极辅助线包散焦系统进行了粒子模拟仿真分析,模拟结果表明:借助于辅助线包散焦系统可以有效缩短回旋振荡管的轴向尺寸,并使回旋管收集极上的电子束功率密度低于500 W/cm2; W波段回旋振荡管收集极的热测试验结果表明:利用粒子模拟仿真获得的收集极上的电子束功率密度分布与其试验测量结果比较吻合。  相似文献   

12.
The design, operation, and characterization of a continuous-wave (CW) tunable second-harmonic 460-GHz gyrotron are reported. The gyrotron is intended to be used as a submillimeter-wave source for 700-MHz nuclear magnetic resonance experiments with sensitivity enhanced by dynamic nuclear polarization. The gyrotron operates in the whispering-gallery mode TE(11,2) and has generated 16 W of output power with a 13-kV 100-mA electron beam. The start oscillation current measured over a range of magnetic field values is in good agreement with theoretical start currents obtained from linear theory for successive high-order axial modes TE(11,2,q). The minimum start current is 27 mA. Power and frequency tuning measurements as a function of the electron cyclotron frequency have also been carried out. A smooth frequency tuning range of 1 GHz was obtained for the operating second-harmonic mode either by magnetic field tuning or beam voltage tuning. Long-term CW operation was evaluated during an uninterrupted period of 48 h, where the gyrotron output power and frequency were kept stable to within ±0.7% and ±6 ppm, respectively, by a computerized control system. Proper operation of an internal quasi-optical mode converter implemented to transform the operating whispering-gallery mode to a Gaussian-like beam was also verified. Based on the images of the gyrotron output beam taken with a pyroelectric camera, the Gaussian-like mode content of the output beam was computed to be 92% with an ellipticity of 12%.  相似文献   

13.
Continuous-Wave Operation of a 460-GHz Second Harmonic Gyrotron Oscillator   总被引:1,自引:0,他引:1  
We report the regulated continuous-wave (CW) operation of a second harmonic gyrotron oscillator at output power levels of over 8 W (12.4 kV and 135 mA beam voltage and current) in the TE(0,6,1) mode near 460 GHz. The gyrotron also operates in the second harmonic TE(2,6,1) mode at 456 GHz and in the TE(2,3,1) fundamental mode at 233 GHz. CW operation was demonstrated for a one-hour period in the TE(0,6,1) mode with better than 1% power stability, where the power was regulated using feedback control. Nonlinear simulations of the gyrotron operation agree with the experimentally measured output power and radio-frequency (RF) efficiency when cavity ohmic losses are included in the analysis. The output radiation pattern was measured using a pyroelectric camera and is highly Gaussian, with an ellipticity of 4%. The 460-GHz gyrotron will serve as a millimeter-wave source for sensitivity-enhanced nuclear magnetic resonance (dynamic nuclear polarization) experiments at a magnetic field of 16.4 T.  相似文献   

14.
A coaxial-cavity cyclotron resonance maser (CRM) oscillator with tapered guide magnetic field is proposed. It is shown that the transmission quality can be improved by tapering the guide magnetic field. Simulation indicates that the efficiency of a millimeter-wave gyrotron oscillator may be reached up to 38.7% by optimizing the tapered magnetic field.  相似文献   

15.
High-frequency gyrotron operation in the TE611 whispering gallery mode is reported. Powers as high as 112 kW and an efficiency as high as 25.4 percent have been obtained. In addition to the TE611 mode, ten other fundamental modes with frequencies between 133.9 and 216.4 GHz were observed. A quasi-optical antenna for whispering gallery modes has been tested for the TE611 mode. The combination of this antenna and a reflector produces a well-collimated linearly polarized RF beam suitable for electron cyclotron resonance heating (ECRH) or plasma diagnostics. The experimental conversion efficiency was determined to be 89 percent, and the cross polarization was down by 25 dB. A new quasi-optical transmission line employing this antenna has also been tested with the gyrotron. The absence of mode competition for the TE611 mode, as well as the efficient conversion of the output radiation into a linearly polarized Gaussian-like beam, substantiates the arguments for operation in surface modes in high-power gyrotrons. The implications of quasi-optical antennas for megawatt gyrotron window design are discussed.  相似文献   

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