X波段五腔渡越管振荡器的理论与实验

随着脉冲功率技术和等离子体物理的不断发展，出现了一类基于电子束在谐振腔中的渡越时间效应的渡越辐射机制来产生高功率微波的器件。该类微波器件的起源是单腔管(TTO)，近年来，美国科学家提出了分离腔振荡器(SCO)，后来又研制出超级后加速振荡器（Super-Reltron)（通过对这些器件的研究，提出并仔细研究了基于渡越时间效应的渡越管振荡器。     

X波段渡越管振荡器的实验研究

论述了在sinus-700加速器上进行的X波段渡越管振荡器的实验研究.在实验中,首先对加速器进行了调节,使其能够稳定运行;然后对影响器件运行的各个参数进行了调试,得到各参数的比较合适的值,其中1/4波长支撑的长度为8mm、磁场的大小为1.85T、二极管电压的大小为700kV、二极管阴极结构为倒圆的环形阴极头,最后得到微波频率为9.18GHz,微波功率为1.5GW,脉宽为26ns,效率达31%左右.     

X波段五腔渡越管振荡器的理论与实验研究

 提出了一种新结构的X波段五腔渡越管振荡器，进行了理论和实验研究。根据场分布进行了一维非线性分析，结果表明该结构可以产生高功率微波，并判断了工作模式，为TM₀₁模的3π/5模。采用粒子模拟验证了一维非线性分析的结论，并优化设计出五腔渡越管振荡器,优化结果为：输出功率约1 GW， 工作频率9.3 GHz，束波转换效率约22%。实验中，通过参数调节，得到频率约9.25 GHz，峰值功率约780 MW，脉宽（半高宽）21 ns的输出微波，束波转换效率约为16%。实验结果与模拟结果基本符合。     

X波段五腔渡越管振荡器的理论与实验研究

提出了一种新结构的X波段五腔渡越管振荡器，进行了理论和实验研究。根据场分布进行了一维非线性分析，结果表明该结构可以产生高功率微波，并判断了工作模式，为TM01模的3π/5模。采用粒子模拟验证了一维非线性分析的结论，并优化设计出五腔渡越管振荡器,优化结果为:输出功率约1 GW， 工作频率9.3 GHz，束波转换效率约22%。实验中，通过参数调节，得到频率约9.25 GHz，峰值功率约780 MW，脉宽（半高宽）21 ns的输出微波，束波转换效率约为16%。实验结果与模拟结果基本符合。     

X波段五腔渡越管振荡器的理论与实验研究

提出了一种新结构的X波段五腔渡越管振荡器,进行了理论和实验研究。根据场分布进行了一维非线性分析,结果表明该结构可以产生高功率微波,并判断了工作模式,为TM01模的3π/5模。采用粒子模拟验证了一维非线性分析的结论,并优化设计出五腔渡越管振荡器,优化结果为：输出功率约1 GW, 工作频率9.3 GHz,束波转换效率约22%。实验中,通过参数调节,得到频率约9.25 GHz,峰值功率约780 MW,脉宽（半高宽）21 ns的输出微波,束波转换效率约为16%。实验结果与模拟结果基本符合。     

Ku波段同轴渡越辐射振荡器的数值模拟

当传统高功率微波器件向高频段拓展时,器件尺寸的缩小将造成空间极限电流及功率容量的减小。基于此提出一种Ku波段同轴结构的渡越辐射振荡器。通过引入同轴结构,器件内部的空间极限电流及功率容量得到了有效提升。调制腔采用三谐振腔结构,与两腔结构相比,调制电子束的能力明显增强。采用高频场软件对调制腔和输出腔进行了冷腔分析。利用2.5维粒子模拟软件对Ku波段同轴渡越辐射振荡器进行了数值模拟,在导引磁场0.6 T、二极管电压392 kV、电流15.2 kA的条件下,在中心频率为14.184 GHz处获得1.2 GW的高功率微波输出,功率转换效率达20%。     

Ku波段同轴渡越辐射振荡器的数值模拟

当传统高功率微波器件向高频段拓展时,器件尺寸的缩小将造成空间极限电流及功率容量的减小。基于此提出一种Ku波段同轴结构的渡越辐射振荡器。通过引入同轴结构,器件内部的空间极限电流及功率容量得到了有效提升。调制腔采用三谐振腔结构,与两腔结构相比,调制电子束的能力明显增强。采用高频场软件对调制腔和输出腔进行了冷腔分析。利用2.5维粒子模拟软件对Ku波段同轴渡越辐射振荡器进行了数值模拟,在导引磁场0.6 T、二极管电压392 kV、电流15.2 kA的条件下,在中心频率为14.184 GHz处获得1.2 GW的高功率微波输出,功率转换效率达20%。     

X波段渡越管振荡器频谱诊断

介绍了X波段渡越管振荡器的频谱诊断系统,并根据频谱测量结果对X波段渡越管振荡器的结构参数和工作参数进行了调整,使X波段渡越管振荡器的微波输出结果有了明显改善。     

X波段渡越管振荡器频谱诊断

 介绍了X波段渡越管振荡器的频谱诊断系统，并根据频谱测量结果对X波段渡越管振荡器的结构参数和工作参数进行了调整，使X波段渡越管振荡器的微波输出结果有了明显改善。     

一种新型结构低阻抗渡越辐射振荡器

 设计了一种不加栅网结构的低阻抗渡越辐射振荡器器件,器件阻抗为20 Ω左右,采用同轴输出,具有所需导引磁场小、起振时间较快等优点,可望工作在重频和长脉冲状态。PIC粒子模拟表明,在输入电压和电流分别为550 kV和27.6 kA、约束磁场为0.8 T的条件下,在S波段3.175 GHz得到了平均功率大约4.0 GW的微波输出,束-波转换效率为26.4%。     

X波段五腔渡越管振荡器的高频特性研究

 从麦克斯韦方程出发，采用时域有限差分的方法，对X波段五腔渡越管振荡器的谐振腔进行了高频特性研究，给出了该谐振腔中的TM₀₁模的非π模式的本征频率、Q值以及对应的场分布，并用实验冷测法测出了谐振腔的谐振频率与Q值。数值计算与实验结果比较一致，说明了该高频特性研究结果的可靠性。     

渡越辐射的研究

本文对渡越辐射的理论、实验及其应用等方面的情况做了较详细的综述;分析了影响渡越辐射强度的一些不利因素;对进一步改善渡越辐射的质量,提高渡越辐射强度等问题进行了讨论。     

X波段渡越管振荡器的粒子模拟和优化设计

 提出了一种新型的渡越管谐振腔结构，通过全电磁2.5维相对论粒子模拟程序证实电子束可以与这种谐振腔结构发生互作用；基于该谐振腔结构，用全电磁2.5维相对论粒子模拟程序设计优化了可工作在X波段的渡越管振荡器，其输出功率大约1.7GW，束波转换效率约37%。     

X波段渡越管振荡器的粒子模拟和优化设计

提出了一种新型的渡越管谐振腔结构,通过全电磁2.5维相对论粒子模拟程序证实电子束可以与这种谐振腔结构发生互作用;基于该谐振腔结构,用全电磁2.5维相对论粒子模拟程序设计优化了可工作在X波段的渡越管振荡器,其输出功率大约1.7GW,束波转换效率约37%。     

径向三腔渡越时间振荡器数值模拟

 基于渡越辐射机理结合径向结构的低阻抗特性,提出了一种新型的低阻抗高功率微波器件——径向三腔渡越时间振荡器,它由3个等间距的边耦合同轴腔组成,径向运动电子束与谐振腔中的角向均匀模式场相互作用。采用PIC粒子模拟程序进行了模拟研究。在电子束能量450 keV、束流60 kA且无外加引导磁场的条件下,当结构参数网长为4.8 cm,腔间距为1.4 cm,电子发射面为0.8 cm,内径为8 cm时,获得了平均功率7.4 GW,频率4.1 GHz的微波输出,效率达27.4%,阻抗7.5 Ω。通过粒子模拟给出了束波互作用效率随电子束电压、电流以及谐振腔间距的变化曲线,电子束电压对输出微波频率的影响曲线以及不同谐振频率与最佳谐振腔间距的对应曲线,这些曲线表明该器件具有渡越时间效应的基本特征,属于渡越辐射器件,且具有对电子束质量要求不高的特点。     

径向三腔渡越时间振荡器数值模拟

基于渡越辐射机理结合径向结构的低阻抗特性,提出了一种新型的低阻抗高功率微波器件——径向三腔渡越时间振荡器,它由3个等间距的边耦合同轴腔组成,径向运动电子束与谐振腔中的角向均匀模式场相互作用。采用PIC粒子模拟程序进行了模拟研究。在电子束能量450 keV、束流60 kA且无外加引导磁场的条件下,当结构参数网长为4.8 cm,腔间距为1.4 cm,电子发射面为0.8 cm,内径为8 cm时,获得了平均功率7.4 GW,频率4.1 GHz的微波输出,效率达27.4%,阻抗7.5 Ω。通过粒子模拟给出了束波互作用效率随电子束电压、电流以及谐振腔间距的变化曲线,电子束电压对输出微波频率的影响曲线以及不同谐振频率与最佳谐振腔间距的对应曲线,这些曲线表明该器件具有渡越时间效应的基本特征,属于渡越辐射器件,且具有对电子束质量要求不高的特点。     

径向渡越时间振荡器的初步实验研究

 对径向渡越时间振荡器进行了实验研究，在非最优化条件下得到了辐射功率大于30MW、主频为3.66GHz的微波，同时研究了微波功率随电压、电流的变化，所得结果和规律与理论分析和数值模拟基本相符。     

径向渡越时间振荡器的初步实验研究

对径向渡越时间振荡器进行了实验研究,在非最优化条件下得到了辐射功率大于30MW、主频为3.66GHz的微波,同时研究了微波功率随电压、电流的变化,所得结果和规律与理论分析和数值模拟基本相符。     

低阻无箔渡越辐射振荡器的初步实验

为实现低阻无箔运行,进一步增加现有高功率微波源输出功率和脉宽,给出了一种基于渡越辐射的低阻无箔高功率微波源的初步实验结果。主要对比分析了在铜介质片阴极和天鹅绒阴极以及不锈钢收集极和石墨收集极条件下器件的运行状况,分析了影响器件正常工作的可能原因,得出了在现有条件下天鹅绒阴极和石墨收集极最有利于器件运行的结论。初步的实验结果表明：降低强流相对论电子束的能量密度、选择更加合理的电子束收集方式,是实现该器件正常运行的重要手段。     

低阻无箔渡越辐射振荡器的初步实验

为实现低阻无箔运行,进一步增加现有高功率微波源输出功率和脉宽,给出了一种基于渡越辐射的低阻无箔高功率微波源的初步实验结果。主要对比分析了在铜介质片阴极和天鹅绒阴极以及不锈钢收集极和石墨收集极条件下器件的运行状况,分析了影响器件正常工作的可能原因,得出了在现有条件下天鹅绒阴极和石墨收集极最有利于器件运行的结论。初步的实验结果表明:降低强流相对论电子束的能量密度、选择更加合理的电子束收集方式,是实现该器件正常运行的重要手段。