D波段双球镜准光系统测量低耗介质

采用双球镜准光腔、频谱仪和锁相返波管组建了D波段低损耗介质测试系统,该系统通过频谱仪和外置谐波混频器得到腔体谐振测试数据,并用拟合或积分方法从谐振曲线中求解出准光腔的品质因数。测得双球镜开腔的固有品质因数大于8105,使该系统在工作波段可测量损耗角正切为10-5量级的低损耗介质。用该系统测出的石英、人造金刚石和蓝宝石的介电常数和损耗,与报道的结果一致,并测得4H-SiC在132.07 GHz的介电常数实部为9.598,损耗角正切为6.110-5。     

Ku波段开腔电介质高温自动测量系统

介绍了一种测量低损耗天线罩材料的开腔高温自动测量系统。该系统采用扫频方式程控标量网络分析仪对开腔进行扫频测量,得到介质加载前后腔体的谐振频率与Q值,并由此计算出被测材料的介电常数和损耗角正切;介质采用特制硅碳管加热,由温度控制器对其控制,最高温度可达1 000 ℃以上。用此系统对聚四氟乙烯和一种低损耗天线罩材料进行测量对比。结果表明,测得的聚四氟乙烯结果与文献结果相近,天线罩材料相对介电常数的实部随温度升高而增加。     

Ku波段开腔电介质高温自动测量系统

 介绍了一种测量低损耗天线罩材料的开腔高温自动测量系统。该系统采用扫频方式程控标量网络分析仪对开腔进行扫频测量,得到介质加载前后腔体的谐振频率与Q值,并由此计算出被测材料的介电常数和损耗角正切;介质采用特制硅碳管加热,由温度控制器对其控制,最高温度可达1 000 ℃以上。用此系统对聚四氟乙烯和一种低损耗天线罩材料进行测量对比。结果表明,测得的聚四氟乙烯结果与文献结果相近,天线罩材料相对介电常数的实部随温度升高而增加。     

准光腔品质因数的标网测量与研究

 采用标量网络分析仪(SNA)对毫米波段的Fabry-Perot准光腔进行了品质因数测定。通过纵向半波数的测试确定了谐振峰对应的模式，给出了AV3617测量数据并计算了相应的外观品质因数和固有品质因数，详细分析了扫频测试的误差及其误差来源。分析表明，半功率点的频率测定误差是引起准光腔品质因数测量误差的主要因素；利用扫频源HP83630A较高的频率分辨率，结合参考频标使测试数据的有效位数增加，从而提高了测试准光腔品质因数的精度。     

准光腔品质因数的标网测量与研究

采用标量网络分析仪(SNA)对毫米波段的Fabry-Perot准光腔进行了品质因数测定。通过纵向半波数的测试确定了谐振峰对应的模式,给出了AV3617测量数据并计算了相应的外观品质因数和固有品质因数,详细分析了扫频测试的误差及其误差来源。分析表明,半功率点的频率测定误差是引起准光腔品质因数测量误差的主要因素;利用扫频源HP83630A较高的频率分辨率,结合参考频标使测试数据的有效位数增加,从而提高了测试准光腔品质因数的精度。     

W波段具有开放式圆柱光栅的三反射球镜准光腔辐射源

 为设计输出高功率、高频率的W波段辐射源提供一个可行的方案,对一种具有开放式圆柱光栅的三反射球面镜准光腔大功率辐射源,在理论计算和PIC模拟仿真的基础上,完成了理论设计,装配出实验系统,并进行了热测实验。实验中采用了束流脉宽为70 ns的环形电子注,引导磁场为2.2 T,二极管电压为557 kV,电流约为1.8 kA,实验测得在W波段有1.2 MW的峰值功率输出。     

W波段具有开放式圆柱光栅的三反射球镜准光腔辐射源

为设计输出高功率、高频率的W波段辐射源提供一个可行的方案,对一种具有开放式圆柱光栅的三反射球面镜准光腔大功率辐射源,在理论计算和PIC模拟仿真的基础上,完成了理论设计,装配出实验系统,并进行了热测实验。实验中采用了束流脉宽为70 ns的环形电子注,引导磁场为2.2 T,二极管电压为557 kV,电流约为1.8 kA,实验测得在W波段有1.2 MW的峰值功率输出。     

亚纳秒毫米波返波管粒子模拟与实验研究

利用KARAT程序对亚纳秒毫米波返波管进行了粒子模拟,并在电压可调范围10~150 kV、负载阻抗50 W的RADAN303脉冲源上开展了亚纳秒毫米波返波管器件实验研究。在电子束电压200 kV、电流500 A、脉冲宽度1.65 ns、引导磁场1.7 T情况下,得到毫米波输出,辐射功率40 MW,脉冲宽度500 ps,频率37.6 GHz,重复频率10 Hz,辐射模式TE11。     

内导体对相对论返波振荡器工作波段选择的影响

设计了一种紧凑型、GW级同轴引出电子束相对论返波振荡器,利用KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内部束 波作用的物理过程。模拟结果表明：当器件中使用内导体,在电子束能量700 keV,电子束流11 kA,导引磁场为1.0 T时,能实现L波段2.66 GW高功率微波输出,平均效率约为34%;去掉内导体时,能实现S波段1.88 GW单频微波输出,平均效率约为24%。同一个器件,仅通过装卸内导体就可以选择在两个波段实现GW级、高效微波输出,这对于高功率微波器件的设计有一定的参考意义。     

带谐振腔反射器的低磁场返波管实验研究

谐振腔反射器到慢波结构输入端之间的漂移段长度对返波管效率有较大影响,文章对该影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明：由于谐振腔反射器对电子束的预调制作用,返波管输出功率随漂移段长度的增加而呈现多峰值现象,在选取合适的漂移段长度时,可以显著提高其微波产生的效率。在SINUS－881加速器上开展实验,在引导磁场为0.7 T,漂移段长度为4.9 cm的条件下,实验获得了功率为700 MW,频率为8.7 GHz,脉宽20 ns的微波输出,效率约14%。实验研究证实了模拟结果的正确性。     

同轴相对论返波管中波束作用过程

根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过优化设计,利用 500 keV, 4.0 kA 电子束流,微波起振时间为7 ns,输出效率大于38%,与以往数值模拟和实验结果符合较好。根据计算结果进一步分析得到,与空心相对论返波管相比,同轴相对论返波管中空间电荷效应的影响较小。     

同轴相对论返波管中波束作用过程

根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型，采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关，而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过优化设计，利用 500 keV, 4.0 kA 电子束流，微波起振时间为7 ns，输出效率大于38%，与以往数值模拟和实验结果符合较好。根据计算结果进一步分析得到，与空心相对论返波管相比，同轴相对论返波管中空间电荷效应的影响较小。     

相对论返波管振荡器齿状阴极

研究了一种齿状阴极的电子束产生传输过程以及对相对论返波管振荡器产生高功率微波的影响。基于SINUS881加速器,利用束流轰击金属靶观测齿状阴极产生电子束在不同轴向位置上的角向分布,并开展了基于环形阴极和齿状阴极的X波段相对论返波管振荡器的实验研究。对不同齿数及尺寸对电子束流特性、器件输出微波功率和脉冲宽度的影响进行了分析。实验结果表明：当阴极的齿数增加到一定数量时,电子束的横向运动使得电子束在径向逐渐趋于分布均匀;与均匀环形阴极的打靶结果近似,此时,电子束对于相对论返波管振荡器产生微波的功率和脉宽影响不大。     

相对论返波管振荡器齿状阴极

研究了一种齿状阴极的电子束产生传输过程以及对相对论返波管振荡器产生高功率微波的影响。基于SINUS881加速器,利用束流轰击金属靶观测齿状阴极产生电子束在不同轴向位置上的角向分布,并开展了基于环形阴极和齿状阴极的X波段相对论返波管振荡器的实验研究。对不同齿数及尺寸对电子束流特性、器件输出微波功率和脉冲宽度的影响进行了分析。实验结果表明:当阴极的齿数增加到一定数量时,电子束的横向运动使得电子束在径向逐渐趋于分布均匀;与均匀环形阴极的打靶结果近似,此时,电子束对于相对论返波管振荡器产生微波的功率和脉宽影响不大。     

加速100 mA质子束的低β超导半波长谐振腔内的高阶模（英）

基于超导器的连续波运行的高流强质子/氘束被越来越多的大科学装置所采用。在流强低于10 mA情况下,用于加速低段粒子的超导腔的高阶模影响基本可以忽略,但是对于加速百mA强流的低超导腔,其高阶模损耗情况有待研究。近期北京大学设计并加工了一支=0.09、运行频率162.5 MHz的超导半波长谐振腔,用于研究非相对论低超导半波长谐振腔加速100 mA强流质子束时可能涉及到的关键物理问题。重点研究了这支半波长谐振腔内部高阶模损耗的问题,用时域和频域两种方法分别计算了腔的高阶模损失因子,同时计算了考虑加工误差下腔内发生高阶模共振激发的概率。