基于多目标遗传算法的回旋行波放大器分布式损耗参数优化

通过使用多目标遗传算法对回旋行波放大器加载分布式损耗的电阻率和厚度参数进行优化,得出了两个参数的最佳组合值：损耗层厚度0.116 mm,电阻率为铜的77 882倍,此时放大器达到最大增益15.9 dB。并且通过单目标遗传算法对该值的准确性进行了验证,使得放大器在有效抑制回旋返波振荡的同时实现了增益的最大化。     

回旋行波放大器输出端反射对其稳定性的影响

基于回旋行波放大器的线性理论和反射边界条件,建立了渐变输出端存在反射时回旋行波放大器模型,分析了TE01圆电模基波回旋行波放大器输出端反射对其增益、返波起振长度、返波起振电流和返波起振频率的影响。结果表明,随着反射增强,线性增益降低,返波起振长度和起振电流减小,返波起振频率的变化较小;反射增强将在一定程度内影响放大器的稳定性。     

回旋行波放大器输出端反射对其稳定性的影响

 基于回旋行波放大器的线性理论和反射边界条件,建立了渐变输出端存在反射时回旋行波放大器模型,分析了TE₀₁圆电模基波回旋行波放大器输出端反射对其增益、返波起振长度、返波起振电流和返波起振频率的影响。结果表明,随着反射增强,线性增益降低,返波起振长度和起振电流减小,返波起振频率的变化较小;反射增强将在一定程度内影响放大器的稳定性。     

具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器绝对不稳定性

详细推导了具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器的色散特性。通过绝对不稳定性振荡出现的条件,给出求解具有损耗波导结构回旋行波管放大器的绝对不稳定性起振电流的数值计算方法。研究结果表明：绝对不稳定性起振电流与损耗波导的集肤深度有关,选择有较大的集肤深度的损耗波导可以提高绝对不稳定性起振电流;绝对不稳定性起振电流同时也与工作磁场偏离饱和磁场的程度以及电子束的纵横速度比有关;通过设计具有分布损耗波导结构的注-波互作用电路,以及工作磁场、电子束的纵横速度比,可以在兼顾带宽、效率的条件下,保证回旋行波管放大器稳定工作。     

具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器绝对不稳定性

 详细推导了具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器的色散特性。通过绝对不稳定性振荡出现的条件,给出求解具有损耗波导结构回旋行波管放大器的绝对不稳定性起振电流的数值计算方法。研究结果表明：绝对不稳定性起振电流与损耗波导的集肤深度有关,选择有较大的集肤深度的损耗波导可以提高绝对不稳定性起振电流;绝对不稳定性起振电流同时也与工作磁场偏离饱和磁场的程度以及电子束的纵横速度比有关;通过设计具有分布损耗波导结构的注-波互作用电路,以及工作磁场、电子束的纵横速度比,可以在兼顾带宽、效率的条件下,保证回旋行波管放大器稳定工作。     

双束回旋行波放大器的研究

提出了运用双束电子束增加回旋行波放大器带宽的新想法,建立了模型并对其做了理论分析和数值模拟.研究表明：该模型不仅可产生宽的输出带宽和高的输出功率,且与已有宽带模型相比,增益要高得多.当两束电子束的电流均为10A,电压分别为90和153kV,速率比分别为1.0和0.62,纵向动量散度分别为5.5%和1.2%时,器件输出的饱和带宽至少可达到22%,峰值功率和指数增益分别为395kW和62dB,效率为16%;如果在相互作用区的末段对引导磁场进行弱的锥化,可以得到约23%的常量驱动带宽,输出功率仍有280kW. 关键词：     

倍频谐波回旋行波放大器的研究

 通过研究倍频谐波回旋行波放大器中电子束在调制区和漂移区中的群聚与在辐射区中的辐射,给出了器件各部分的最佳参数;同时在均匀波导管和引导场的情况下,运用低速率比的电子束获得了宽带输出。当电子束的电压为130kV、电流为20A、速率比为0.8以及纵向速度散度为1%时,模拟得到器件的饱和带宽至少可达到10%,峰值功率和增益分别为290k W和50dB,常数驱动带宽约9%。     

倍频谐波回旋行波放大器的研究

通过研究倍频谐波回旋行波放大器中电子束在调制区和漂移区中的群聚与在辐射区中的辐射,给出了器件各部分的最佳参数;同时在均匀波导管和引导场的情况下,运用低速率比的电子束获得了宽带输出。当电子束的电压为130kV、电流为20A、速率比为0.8以及纵向速度散度为1%时,模拟得到器件的饱和带宽至少可达到10%,峰值功率和增益分别为290k W和50dB,常数驱动带宽约9%。     

增加回旋行波放大器带宽的一种新方法

提出了一种增加回旋行波放大器带宽的新模型,其特点是适当地选取轴向引导磁场的初值并从相互作用区的给定位置开始使其缓慢地线性减小.该模型的输出带宽可达到已有宽带模型的水平,但效率有较大提高.对波束相互作用的物理机制进行了理论分析并用数值模拟的方法进行了证实.当电子束的电流为7A,电压为90kV,速率比为10,纵向动量散度为2%时,计算得到了20%的常数驱动带宽和42%的效率,输出的峰值功率和增益分别为260kW和47dB. 关键词：     

分布损耗对回旋行波放大器稳定性的影响

基于电磁模式的色散方程和回旋管非线性理论,研究了损耗层厚度对回旋行波放大器注-波互作用的影响.结果表明,合理选择损耗层电导率和厚度能够让期待的工作模式TE₀₁衰减较小,而对应的竞争模式TE₂₁因损耗很大而更难以起振,随厚度的增加,放大带宽从两边向中间收缩变窄,频带中间部分的输出功率会上升,曲线更加平坦,从而达到改善互作用稳定性的目的. 关键词： 回旋行波放大器 起振长度 起振频率 饱和功率     

Analysis of the harmonic gyrotron traveling wave amplifier

A single nonlinear differential equation is derived for describing the spatial evolution of the wave field in a gyrotron amplifier of the cylindrical guide geometry. This equation is then used to determine the efficiencies and the optimized interaction lengths for gyrotrons operated with TE_N1 modes at the N-th cyclotron harmonic.     

W波段回旋行波管放大器的模拟与设计

回旋行波管放大器是高功率毫米波雷达发射系统最重要的候选者.通过对回旋行波管放大器中的绝对不稳定性、回旋返波振荡以及电子注-波互作用的研究，讨论了回旋行波管的稳定性、寄生模式的抑制和工作参数的优化等问题，给出了W波段TE₀₁模回旋行波管放大器的模拟设计结果.PIC粒子模拟结果表明，在电子注电压100kV、电流10A、工作磁场3.52T时，94GHz的基波回旋行波管放大器可获得大于250kW的输出功率、40dB的增益、大于25％的效率和约5％的带宽. 关键词： W波段 回旋行波管放大器 模拟 设计     

W波段二次谐波回旋行波管放大器的模拟与设计

回旋行波管放大器是一种具有高功率、高频率、宽带宽的毫米波放大器，TE₀₂模二次谐波回旋行波管放大器在保持基波回旋行波管放大器的基础上极大地减小了工作磁场,从而具有广阔的应用前景. 利用两段分布式损耗的互作用结构，有效抑制了绝对不稳定性和回旋返波振荡,避免了模式互作用电路引起的模式畸变，提高了输出功率，在一定程度上克服了谐波互作用较弱的缺点，满足了扩展功率容量和放大器长时间稳定工作的要求. 非线性模拟结果和粒子模型(particle in cell)模拟结果均表明，在工作电压为100k 关键词： W波段 二次谐波 回旋行波管放大器     

High-gain wide-band gyrotron traveling wave amplifier with a helically corrugated waveguide

First bandwidth measurements of a novel gyrotron amplifier are presented. The coupling between the second harmonic cyclotron mode of a gyrating electron beam and the radiation field occurred in the region of near infinite phase velocity over a broad bandwidth by using a cylindrical waveguide with a helical corrugation on its internal surface. With a beam energy of 185 keV, the amplifier achieved a maximum output power of 1.1 MW, saturated gain of 37 dB, linear gain of 47 dB, saturated bandwidth of 8.4 to 10.4 GHz ( 21% relative bandwidth), and an efficiency of 29%, in good agreement with theory.     

Ka波段二次谐波损耗波导回旋行波管非线性分析

建立了由损耗段和铜段组成的波导结构的Ka波段二次谐波回旋行波放大器理论模型,并进行了非线性理论研究。基于稳定性分析,确定35 GHz TE02模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数:波导半径为1.02 cm,电子注工作电压为90 kV,工作电流为25 A,工作磁场为0.642 6 T,横纵速度比为1.2;然后通过模拟详细分析了工作电流、波导损耗和速度零散等因素对该放大器性能的影响。研究表明：在该结构中损耗段可以有效地抑制模式竞争从而提高输出功率和带宽;工作电流对输出功率的影响存在最大值;速度零散对输出功率有很大的影响。