等离子体填充耦合腔链特性研究

 用严格的场匹配方法分析了填充等离子体的耦合腔链，研究了等离子体 腔混合模的形成以及“冷带宽”和“热带宽”的展宽效应。等离子体填充周期性耦合腔链后，形成周期性的截止频率为0的等离子体TG模式。当填充的等离子体密度较大，且腔模和TG模式发生部分重叠时，两者相互耦合，形成等离子体 腔混合模式。工作在混合模式下，其“冷带宽”和“热带宽”大大增宽，且耦合阻抗比真空时提高了近5倍，因此在填充等离子体后，耦合腔链的慢波特性得到了显著的改善。     

渐变复合腔回旋管高次谐波注-波互作用非线性模拟

利用含电流的传输线方程,在考虑多模与电子注互作用及多模耦合的情况下,对三次谐波渐 变复合腔回旋管进行了非线性模拟,计算了H₅₁-H₅₂模式下三次谐 波注波互作用,分析了多模对注-波互作用的影响. 关键词： 回旋管 渐变复合腔 多模注-波互作用 模式耦合 高次谐波     

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     

多间隙耦合腔中注-波同步与耦合

本文基于空间电荷波理论,导出了N间隙耦合腔中注-波耦合系数和电子注电导计算公式.通过计算分析多间隙耦合腔中工作模式(2π模)耦合系数和归一化电子注电导随间隙数目N、直流电压和导流系数的变化,研究多间隙耦合腔中注-波耦合和同步关系,对分布互作用速调管的理论研究有指导意义. 关键词： 多间隙耦合腔 耦合系数 电子注电导 同步与耦合     

突变复合腔回旋管自洽场理论与模拟

研究了具有突变结构复合腔回旋管注波互作用自洽非线性理论.用场匹配方法处理了腔中的突变结构,从具有电子流源的普遍传输线方程出发,研究了腔中注波互作用非线性理论,在腔直径渐变部分考虑了模式之间的耦合.利用此非线性理论模型,对突变结构复合腔三次谐波回旋管中电子流与H511—H521模式对的高频场互作用进行了详细数值模拟,得出了许多有价值的结果.计算结果表明,在合适的腔体结构尺寸下,注波互作用效率可大于25%. 关键词：     

回旋速调管注-波互作用非线性理论研究

 利用自洽非线性理论对回旋速调管放大器中的电子注-波互作用进行了时域瞬态分析,建立了多腔回旋速调管非线性理论,给出了相应的电子运动方程和复数形式的互作用瞬态场方程。给出并分析了一支工作在TE01模Ka波段四腔回旋速调管注-波互作用的数值计算结果,当电子注电压为72.8 kV,电流为11.8 A,速度零散为5%时,可以得到335 kW的最大饱和功率输出,39.6%的电子效率及320 MHz的饱和带宽,与实验值相比较,二者较为吻合。     

3 mm波段二次谐波渐变复合腔回旋管的非线性模拟

 利用含电流的传输线方程,并在考虑多模注-波互作用及多模耦合的情况下,利用自主开发的多模高次谐波渐变结构复合腔回旋管的注-波互作用数值模拟软件,对3 mm波段二次谐波渐变复合腔回旋管进行了自洽非线性模拟,分析了H₀₂-H₀₃模式对下磁场系数、电流、电子注速度比对注-波互作用效率的影响。计算结果表明,在合适的腔体结构尺寸下,以及合适的磁场系数、电流、速度比下,注-波互作用效率可达27％。     

填充等离子体的介质契伦柯夫脉塞

 利用自洽线性场理论，普遍讨论了电子在扰动场作用下的三维扰动，进而分别对薄环形相对论电子注和实心相对论电子注在填充等离子体的介质筒慢波波导中激励的契伦柯夫辐射进行了详细的分析，导出了其色散方程和波增长率。分析表明注波互作用是由于慢波系统中的波导模与电子注模耦合所致，填充等离子体后能大大提高注波互作用效率，并详细计算和分析了等离子体密度和电子注半径对波增长率的影响。     

利用等效电路模型计算耦合腔行波管注-波互作用

通过研究Curnow等效电路模型,得到进行单腔计算的矩阵方程,进而获得线路场方程, 结合运动方程和空间电荷场方程,从而推导出耦合腔行波管一维注波互作用非线性理论模型. 该理论能计算任意的切断、跳变、渐变等结构以及多信号模拟.利用该理论编制的软件计算了 59 GHz-64 GHz耦合腔行波管AM-PM相位失真,三阶互调以及五阶互调分量. 同时模拟得到了59 GHz-64 GHz带内饱和输出功率分布,理论结果与热测结果误差在5%以内.     

X波段大功率耦合腔行波管3维粒子模拟

 为提高行波管的增益和输出波形的稳定性,开展了带高频切断X波段大功率耦合腔行波管的研究工作。以点频7.2 GHz为例,对X波段耦合腔行波管的大信号注波互作用过程进行了3维粒子模拟,该行波管包含一处高频切断及两处微波集中衰减器。数值模拟结果表明：行波管腔数为40、电子束电压为17 kV、电流为0.8 A时,可获得2.0 kW的微波输出功率,增益达23 dB,电子效率达14.7%。     

行波管多信号非线性注波互作用的网络并行计算

 把网络并行计算技术应用于微波管的研究领域，提出了用于计算2.5维行波管多信号非线性注波互作用的基于TCP/IP协议的网络并行计算模型，编写了模拟行波管多信号非线性注波互作用过程的网络并行计算程序，其可在工作站和微机组成的计算机网络环境中实现并行计算。计算结果表明，该网络并行算法能够有效地减少行波管多信号非线性注波互作用的计算时间，提高工作效率。     

S波段宽带大功率连续波耦合腔行波管3维模拟设计

 使用3维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用行为。使用完整的仿真模型完成了S波段连续波管型的设计，达到如下设计指标：工作频率2.0~2.3 GHz，输出功率4.3 kW，频带内增益波动±0.7 dB。提出了使用大介电常数微扰介质棒减小耦合阻抗计算误差的方法，研究了行波管的冷腔特性，给出了色散、耦合阻抗等参数。     

行波管中慢电磁行波与电子注非线性互作用普遍理论

在同时考虑多信号输入和相对论效应的情况下，利用波导激励理论获得了行波管中慢电磁行波与电子注非线性互作用的全三维自洽工作方程组，包括激发方程、运动方程、能量转化方程、相位演化方程等，适合大部分行波管中慢电磁行波与电子注的非线性互作用过程.利用该理论具体分析了一个宽带螺旋线行波管在多信号输入时的交叉调制，并与实验结果进行了比较，验证了理论和计算的正确性.另外，还模拟了一个相对论盘荷波导行波管中的非线性注波互作用过程. 关键词： 行波管 慢电磁行波 非线性注波互作用 交叉调制     

The Beam-Wave Interaction in a Ka-Band Relativistic Coupled-Cavity TWT

By the method of the eigen mode expansion, a full three-dimensional (3-D) model has been developed that can be used to investigate the beam-wave interaction in a high-power, Ka-band relativistic coupled-cavity traveling-wave tube (TWT). In the tube studied by us, a sever in the interaction section is used to restrain the oscillation of RF electromagnetic fields between the input and output end. In this case, the asymmetric hybrid HTM₁₁ mode has little impact on the main interaction process ^[1,2], so the RF electromagnetic fields mainly interacting with the modulated electron beam belong to the symmetric mode TM₀₁. The presented model includes three-dimensional RF fields, three-dimensional electron motions, and improved three-dimensional space-charge fields including dc and ac space-charge fields. Moreover, this model can also calculate backward radiation excited by modulated electron beam and the direct effect of the transverse electron motion on the energy exchange. Our calculation results show that the space-charge field has evident effect on the interaction process, the transverse electron motion has some, and the backward radiation has little.     

双间隙耦合腔电子电导的理论与计算仿真

在速调管双间隙耦合谐振腔中,电子与每个间隙的电场相互作用进行能量交换,在两个间隙上体现出不同的电子负载效应.传统的电子电导计算模型,只能从整体上而无法在每个间隙上考虑这个效应.基于空间电荷波理论,建立了双间隙耦合腔中单个间隙电子电导的理论模型,推导出相应的计算公式.利用三维粒子模拟工具进行了仿真研究,理论计算与仿真结果相符.与传统的电子电导模型相比,该理论模型能反映出双间隙耦合腔中每个间隙的电子负载效应.利用该模型能更加深入和准确地进行间隙注波互作用的研究以及耦合腔中模式稳定性的分析. 关键词： 双间隙耦合腔 空间电荷波理论 电子电导 粒子模拟     

0.14THz基模多注折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决THz行波管工作电流过小、输出功率低等问题,提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管.首先,获得了基模多注折叠波导色散特性的等效传输线计算模型,并与数值模拟结果进行了比较;然后,对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算;最后,通过模拟和理论计算完成了0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析.电子注参数为12 m A,15.75 k V时,获得的3 d B带宽为25 GHz(128—153 GHz),最大增益为33.61 d B,最大峰值功率为23 W;电子注参数为30 m A,15.75 k V时,在0.14 THz处获得了38 d B增益,最大脉冲输出功率为63.1 W.对比同条件下基模单注折叠波导行波管,3 d B带宽提升了1倍,0.14 THz处输出功率增大了9.66倍,互作用效率增大了3.22倍;当增益相同时,多注方式的互作用长度较单注缩短了33%.该方法能够有效增大THz行波管的工作电流,提高互作用增益及效率、3 d B带宽、输出功率;在增益相同时,基模多注行波管可以做得更短更紧凑.     

行波管中二次谐波注入对三阶互调的抑制

 利用Christine 1维多信号非线性互作用物理模型,对螺旋线行波管中注入二次谐波后三阶互调的输出进行了模拟。模拟结果表明：在螺旋线大功率行波管中,通过二次谐波注入能有效地抑制三阶互调输出,从而降低了行波管的非线性输出,并存在最佳的注入功率和相位条件,使三阶互调可被抑制到最低。介绍了二次谐波注入抑制三阶互调的实验研究,并与模拟结果进行了比较,两者基本一致。     

基于三端口网络模型的折叠波导行波管注波互作用理论研究

将周期性慢波结构中的单元结构等效为一个三端口网络,利用高频结构模拟软件确定等效模型的参数,由此建立了一种通用的慢波结构等效模型.该方法不需要进行复杂的电路等效,直接由高频软件得到通道内场分布,因此较解析方法简单,又不像等效线路模型那么烦琐.基于该三端口网络模型,建立了适用于折叠波导行波管的一维注波互作用非线性理论模型,编写了数值计算程序,对一支折叠波导行波管进行了模拟.该理论模型模拟的结果与实验结果误差小于10%.该理论模型可以用于指导新型折叠波导行波管的设计及非线性模拟研究.     

V波段大功率带状注曲折波导行波管

利用曲折波导慢波结构和一个长宽比为3∶1的带状电子注作为注-波互作用电路,完成了对V波段大功率行波管互作用电路的设计。分析了带状电子注通道对高频特性的影响,并在综合考虑色散和耦合阻抗的情况下得到了优化的结构参数。建立了3维的V波段带状注曲折波导行波管的电路模型,并利用CST粒子工作室完成了注-波互作用的仿真研究。研究结果表明,当工作电压和电流分别为17 kV和150 mA时,带状注曲折波导行波管在58~62 GHz时的饱和平均输出功率大于160 W,增益大于34.7 dB。     

矩形螺旋线行波管注-波互作用3维模拟

 运用3D粒子模拟软件MAGIC分析了矩形螺旋线行波管(TWT)的注 波互作用过程。模型设计了电导率线性渐变的电阻耦合器代替同轴输入输出结构来减少反射,消除自激震荡。仿真结果表明： 矩形螺旋线TWT模型能够进行有效的注 波互作用,完全可以反映管内互作用的非线性本质,证明了模型设计的合理性,并对影响注 波互作用的一些重要参量进行了讨论。设计的X波段TWT可达到的指标为：工作频率8~12 GHz,输出功率峰值达480 W,3 dB带宽为4 GHz,电子效率为11.8%。