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数值模拟

 用2.5维PIC程序对径向渡越时间振荡器进行了数值模拟，给出了产生微波的详细物理图像，得出了输出微波功率与提取口大小、腔的径向间距、场模式之间的关系。模拟得到了峰值功率约500MW，频率5GHz的TEM₁波，起振时间15ns，峰值效率大于30%。     

径向渡越时间振荡器的数值模拟

用2.5维PIC程序对径向渡越时间振荡器进行了数值模拟,给出了产生微波的详细物理图像,得出了输出微波功率与提取口大小、腔的径向间距、场模式之间的关系。模拟得到了峰值功率约500MW,频率5GHz的TEM1波,起振时间15ns,峰值效率大于30%。     

径向渡越时间振荡器互作用特性的流体理论分析

 用线性流体理论分析了径向渡越时间振荡器谐振腔中电子束与高频场的相互作用，通过数值求解得到了其中束 场能量交换等随直流渡越角的变化规律。与单电子模型的分析结果相比较，流体模型所得结果更具有普适性。     

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。     

径向三腔渡越时间振荡器高频特性分析

 研究了径向三腔渡越时间振荡器的高频特性,提出了一种近似求解方法,获得了各模式的频率以及场分布特性,并进行了数值模拟验证。近似求解所得的谐振模式的频率与数值模拟的结果基本一致,而模式场的振幅有误差。对近似方法进行了误差分析,结果表明:场振幅的误差随谐振腔径向长度与平均半径之比的减小而减小,该比值小于0.3时,场振幅的相对误差小于5.4%,比值大于1时,该方法不适用。     

新型径向边加载渡越时间振荡器

根据渡越时间效应3维理论研究,设计了一种工作于6.1 GHz的新型径向边加载渡越时间振荡器。为增强电子束在谐振腔中的横向摆动,部分加大了高频结构中金属圆筒端部的宽度,以增大横向电场的的分布区域。3维理论分析表明,该器件的效率可以超过50%。粒子模拟研究表明,该器件在170 kV,18 kA的电子束激励下,平均输出功率达到1.6 GW,束波互作用效率为52.3%。     

C波段三腔渡越时间振荡器的数值模拟

用2.5维PIC程序对三腔渡越时间振荡器进行了数值模拟,给出了产生微波的详细物理图像。模拟表明：三腔渡越时间振荡器能调制强流电子束并输出微波,微波频率符合理论设计值。模拟得到了输出微波功率随栅网间距,随反向二极管轴向间距以及提取口径向间距变化的规律。输出微波功率与栅网间距的关系与线性理论基本相符。在电子束电压400kV,电流4kA的条件下,模拟得到的结果为微波峰值功率约600MW,频率5GHz,起振时间约3.5ns,峰值功率效率大于37%。     

C波段三腔渡越时间振荡器的数值模拟

 用2.5维PIC程序对三腔渡越时间振荡器进行了数值模拟，给出了产生微波的详细物理图像。模拟表明：三腔渡越时间振荡器能调制强流电子束并输出微波，微波频率符合理论设计值。模拟得到了输出微波功率随栅网间距，随反向二极管轴向间距以及提取口径向间距变化的规律。输出微波功率与栅网间距的关系与线性理论基本相符。在电子束电压400kV，电流4kA的条件下，模拟得到的结果为微波峰值功率约600MW，频率5GHz，起振时间约3.5ns，峰值功率效率大于37%。     

新型高功率虚阴极径向反射速调管振荡器

 提出了一种新型的高功率虚阴极径向反射速调管振荡器,它结合了虚阴极振荡器容易起振和速调管微波产生效率较高的特点。利用虚阴极反射电子束对调制腔的正反馈,可以减小起振电流和起振时间,而且提高了微波产生效率。它是一种结构简单、紧凑的器件。用2.5维PIC程序对这种器件进行了数值模拟研究。得到的数值模拟结果表明,输入电压620 kV,电流25 kA,输出微波周期平均功率为2.5 GW。虚阴极振荡频率被锁定,频率为1.25 GHz。     

一种新型的高功率高频率同轴渡越时间振荡器

提出了一种高频率和高功率的渡越时间振荡器,并且对其进行了理论和数值研究。这种振荡器采用同轴结构,功率容量大,不需要外加引导磁场聚焦电子束,波束相互作用区短,保持了传统渡越时间振荡器在结构上的简单性和输出信号的稳定性;运用电压为225kV和电流为11kA的电子束进行模拟,在X波段获得了峰值功率为1.4GW,频率为8.335GHz的微波输出。     

边加载径向三腔渡越时间振荡器设计

提出了一种边加载结构的径向三腔渡越时间振荡器。通过1维单粒子理论研究了直流渡越角和电压调制系数对束-波互作用效率的影响,并进行了2.5维数值模拟验证。数值模拟研究表明:该器件具有低阻抗、高效率、输出微波频率单一稳定等特点。在400 kV,60 kA无外加引导磁场的条件下,获得了平均功率为8 GW,频率为3.9 GHz的微波输出,效率达33.3%,阻抗仅为6.7 Ω。