任意时间分布电子束同单间隙微波腔的非线性自洽过程

在高功率微波（HPM）的研究中，电子束同微波腔中微波场相互作用是大家所关心的问题，微波腔中电子束与微波场的相互作用，是一个闭环过程，微波场影响电子的运动，同时电子束作为电流源也产生辐射，影响微波场。不同微波腔的微波场不同，电子束同微波场的相互作用形式也不相同，但是在微波场作用下电子束群聚，群聚的电子束反过来影响微波场的自洽过程。     

微波谐振腔中电子与微波作用的非稳态过程研究

在微波腔中微波场影响电子的运动,同时电子束作为电流源也产生辐射,影响微波场,这种相互作用包含线性和非线性过程。根据Maxwell理论,微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开,而且不同模式与电子束之间的相互作用不同。将电子束作为激励源,根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力,建立不同模式在电子束作用下的激励方程和电子束电子在不同模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束与微波场相互作用的自洽方程组）,并由此进一步分析一维情况下单间隙微波腔中微波建场、辐射场呈指数增长和饱和等非稳态作用过程,该过程涉及到电子束与微波作用的线性和非线性过程。     

微波谐振腔中电子与微波作用的非稳态过程研究

 在微波腔中微波场影响电子的运动，同时电子束作为电流源也产生辐射，影响微波场，这种相互作用包含线性和非线性过程。根据Maxwell理论，微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开，而且不同模式与电子束之间的相互作用不同。将电子束作为激励源，根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力，建立不同模式在电子束作用下的激励方程和电子束电子在不同模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束与微波场相互作用的自洽方程组），并由此进一步分析一维情况下单间隙微波腔中微波建场、辐射场呈指数增长和饱和等非稳态作用过程，该过程涉及到电子束与微波作用的线性和非线性过程。     

两腔高功率微波振荡器研究

对一种新型两腔振荡器进行了理论和数字模拟研究.这种结构中的调制腔实现电子束速度调制，调制后的电子束在通过两腔之间一个微波场较弱的区间时实现电子束群聚，然后在换能腔实现电子能量到微波能量的转换，并通过输出结构输出.同时，调制腔和换能腔之间存在微波耦合，换能腔中的一部分微波能量可以耦合到调制腔，形成一个正反馈回路，在一定条件下实行微波振荡.设计了一个X波段的器件，理论效率为294%，25维Particle in Cell(PIC)程序模拟的效率为28%，微波频率为942GHz，微波输出功率为225GW. 关键词： 高功率微波 微波腔 模式 自洽方程     

相对论速调管中间腔与调制电子束间的非线性互作用

在强流相对论电子束驱动的相对论速调管放大器中, 由于强流和高场强的影响, 尤其是中间腔具有高Q值, 微波腔与电子束之间的非线性作用很明显, 严重影响器件性能. 根据麦克斯韦方程组以及电子在微波场作用下运动方程给出了中间腔的束-波互作用自洽方程. 从这些方程出发, 研究了调制深度和调制频率对间隙电压幅度和相位的影响. 对比常规速调管的等效电路模型, 自洽公式给出的间隙电压幅值同粒子模拟结果更接近, 尤其是较高调制深度的情况. 同时器件带宽随调制深度的增加而变宽, 这也同粒子模拟结果一致. 由此设计了一个S波段高增益相对论放大器, 在LTD (长脉冲螺旋线)加速器上开展了相应的实验工作, 实验上获得了1.1 GW的输出功率, 器件增益49 dB. 关键词： 相对论速调管 非线性互作用 自洽方程     

耦合孔对微波腔的影响研究

从Maxwell方程出发,将微波腔中的实际微波场按其本征模式展开,进行微波腔的工作特性(如工作频率、场分布等)的研究.在具体处理过程中,根据复杂结构微波腔的具体边界,将微波腔分成规则形状微波腔和非规则(含耦合孔)部分,建立实际微波腔模式同规则形状微波腔模式之间的场耦合方程,从而确定耦合孔对微波腔模式的影响,并对开耦合孔的圆柱腔进行了相应的理论和模拟研究. 关键词： 微波腔 模式 场耦合 圆柱微波腔     

反常输运与非线性自持磁岛的自洽分析

从沿磁力线的等离子体电流与粒子径向输运相关的新经典ＭＨＤ型的广义欧姆定律出发，提出了分析反常输运与非线性自持磁岛的自洽理论模型，基于该模型导出了反常扩散系数及反常电子热导。结果表明，非线性磁岛链可由磁岛调制的反常输动维持，反过来又通过磁岛短路效应维持反常输运。     

利用场分布计算单腔微波参量

介绍了利用加速管的场分布计算单腔微波参量的一种方法. 在已知耦合腔链各本征模式的谐振频率和电场分布的条件下，可以通过回路方程组求出耦合腔链的单腔频率和腔间耦合系数. 这种方法给加速管设计和调谐带来了很大帮助，在加速腔数目较多或者结构非均匀的条件下尤为有效.     

离子通道中环形束流分布与场解的自洽理论

考虑环形束流的空间电荷效应与相对论状态下的自磁效应对离子通道——环形束流系统的影响，研究了通道中环形束流的轨道与场解的自洽平衡态.利用动力学理论得到了电子平衡态分布函数以及环形束流的径向位置和通道内电磁场的自洽解.研究发现，相对论束流的自场对系统平衡态有很大影响，并证实了系统自洽平衡态的存在.数值计算给出了束流位置与通道半径间随能量的分布关系以及通道内场随半径分布的规律，为相关器件的设计提供了重要的理论数据. 关键词： 离子通道 环形束流 动力学理论 自洽平衡态     

开槽管微波腔中微波场分布初步研究

开槽管微波腔已被用于铷原子频标,但是其中的微波场分布尚不清楚. 利用高频结构仿真软件(HFSS)获得了开槽管微波腔内微波场的分布,利用激光-微波双共振方法实现了微波腔场分布的实验测量,所得结果与理论结果一致. 研究结果表明,腔内微波场磁力线呈轴向分布,这表明该种微波腔是适用于原子频标的. 研究结果还表明,腔内微波场存在明显的空间不均匀性,这会导致一些区域的原子不能充分利用,限制原子的钟跃迁信号强度. 因此,现有的开槽管腔结构还有改进的余地.     

利用场耦合理论研究微波谐振腔

 根据Maxwell方程，微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开，从而确定微波腔的工作特性（如：工作频率、场分布等），但是实际微波腔的模式很难求解。从Maxwell方程出发，根据微波腔的具体边界，将微波腔分成：规则形状微波腔和非规则部分，建立实际微波腔模式同规则形状微波腔模式之间的场耦合方程，从而确定微波腔模式的频率和场分布。     

利用场耦合理论研究开放微波谐振腔

利用电磁场的等效原理，将一个开放微波腔等效于一个闭合边界微波腔（即封闭微波腔）和开放边界（即行波吸收边界）两部分，然后利用等效封闭微波腔的本征模式及其与开放边界的耦合，建立了关于开放微波腔模式（即模式场分布、频率、品质因子）的耦合方程组，其中开放边界为行波吸收边界.以X波段六腔渡越振荡管为例进行分析，将该振荡管等效为封闭微波腔和同轴输出结构两部分，用SUPPERFISH获得封闭腔的各个模式场分布及频率，然后根据封闭微波腔与开放边界的耦合，求得六腔渡越振荡管的工作模频率为9.25GHz，品质因子为115.2，与实验测量结果基本符合. 关键词： 微波腔 本征模式 场耦合 渡越振荡管     

利用场耦合理论研究微波谐振腔

根据Maxwell方程,微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开,从而确定微波腔的工作特性（如：工作频率、场分布等）,但是实际微波腔的模式很难求解。从Maxwell方程出发,根据微波腔的具体边界,将微波腔分成：规则形状微波腔和非规则部分,建立实际微波腔模式同规则形状微波腔模式之间的场耦合方程,从而确定微波腔模式的频率和场分布。     

X波段准周期加载微波腔研究

 准周期加载微波腔的基本结构是周期结构，在强引导磁场作用下，强流电子束同微波强作用产生高功率微波；作用过程分为三个阶段：电子俘获、群聚和换能；而周期结构的作用主要在于电子俘获。适当设计的结构，不仅束波转换效率高，而且对电子束质量（如能散）的要求也不高。从微波场对电子运动的影响，研究了电子束在微波腔中的俘获、群聚和换能的束波互作用过程。基于760kV，7kA的环形电子束，采用准周期加载微波腔结构，在模拟上获得了X波段（9.3GHz）峰值功率为1.3GW的微波输出，效率接近24%。     

X波段准周期加载微波腔研究

准周期加载微波腔的基本结构是周期结构,在强引导磁场作用下,强流电子束同微波强作用产生高功率微波;作用过程分为三个阶段：电子俘获、群聚和换能;而周期结构的作用主要在于电子俘获。适当设计的结构,不仅束波转换效率高,而且对电子束质量（如能散）的要求也不高。从微波场对电子运动的影响,研究了电子束在微波腔中的俘获、群聚和换能的束波互作用过程。基于760kV,7kA的环形电子束,采用准周期加载微波腔结构,在模拟上获得了X波段（9.3GHz）峰值功率为1.3GW的微波输出,效率接近24%。     

合肥电子储存环上新旧高频腔的尾场及耦合阻抗的计算

 合肥800MeV电子储存环的二期升级工程正在进行，其中高频腔的改造和加工将要完成，由于原有高频腔存在较多不合理因数，将要被新腔所替换。为了充分估计在将来运行时，高频腔的耦合阻抗对储存高流强的影响，需要对新旧高频腔宽带耦合阻抗进行比较计算。用电磁场计算软件MAFIA对高频腔的耦合阻抗及电子束在此结构中产生的尾场进行了计算，结果说明旧高频腔的耦合阻抗比新高频腔小。