回旋速调管注波互作用瞬态非线性理论与模型研究

本文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.探讨了调制腔、中间腔、和输出腔中注-波互作用的模型和研究方法,考虑了电子速度零散对注-波互作用的影响.最后利用FORTRAN语言给出并分析了一支Kα波段四腔回旋速调管注-波互作用的数值计算结果,经与实验值和PIC模拟结果相比较,三者较为符合. 关键词： 回旋速调管 电子注-波互作用 瞬态非线性理论     

Ka波段带状注相对论速调管模拟研究

利用三维电磁场与粒子模拟软件对Ka波段带状注相对论速调管放大器进行了分析设计和模拟计算。通过对谐振腔本征模的计算确定了腔体的冷腔高频特性,采用三维粒子模拟软件(PIC)模拟分析速调管各腔及整管的束波互作用过程。模拟结果表明：在带状电子注电压500 kV、束流1 kA、宽高比40∶1,注入微波功率1.94 kW和均匀聚焦磁场0.8 T的条件下,获得的输出微波功率达到142 MW,频率40 GHz,效率28.4%,增益约48.6 dB。     

Ka波段带状注相对论速调管模拟研究

利用三维电磁场与粒子模拟软件对Ka波段带状注相对论速调管放大器进行了分析设计和模拟计算。通过对谐振腔本征模的计算确定了腔体的冷腔高频特性,采用三维粒子模拟软件(PIC)模拟分析速调管各腔及整管的束波互作用过程。模拟结果表明:在带状电子注电压500kV、束流1kA、宽高比40∶1,注入微波功率1.94kW和均匀聚焦磁场0.8T的条件下,获得的输出微波功率达到142MW,频率40GHz,效率28.4%,增益约48.6dB。     

带状注速调管多间隙扩展互作用输出腔等效电路的研究

带状注扩展互作用速调管(SBEIK)结合了带状注速调管与扩展互作用速调管的优势,在微波和毫米波真空电子器件中具有显著的技术潜力.本文提出了应用于SBEIK的五间隙哑铃型扩展互作用耦合腔输出回路的等效电路模型,获得了建立复杂多间隙扩展互作用腔的等效电路理论的方法.通过推导出的理论,快速确定了五间隙扩展互作用耦合腔的工作模式、谐振频率及间隙阻抗矩阵,由间隙阻抗的频率特性曲线快速估算出各模式对应的带宽,分析研究了耦合系数k以及Q e对于多间隙腔模式频率间隔及带宽的影响.此外,利用三维PIC仿真软件对相应的SBEIK五间隙输出腔高频特性进行了粒子模拟,结果表明,三维仿真获得的工作模式带宽特性与等效电路法计算结果基本一致,证明了本文所建立的等效电路方法的准确性和有效性.     

回旋速调管放大器注-波互作用分析

给出了自洽非线性大信号理论分析方法,在理论分析和高频计算的基础上,建立了回旋速调管放大器注-波互作用计算模型,对其进行数值计算。研究多种参量对放大器输出功率、增益、效率等的影响,通过优化得到了中心频率34 GHz的四腔回旋速调管放大器设计方案。粒子模拟表明：在工作电压65 kV,注电流8 A,电子注横向与纵向速度比为1.5时,输出功率230 kW,带宽230 MHz,电子效率45%,饱和增益33 dB。     

回旋速调管放大器注-波互作用分析

 给出了自洽非线性大信号理论分析方法,在理论分析和高频计算的基础上,建立了回旋速调管放大器注-波互作用计算模型,对其进行数值计算。研究多种参量对放大器输出功率、增益、效率等的影响,通过优化得到了中心频率34 GHz的四腔回旋速调管放大器设计方案。粒子模拟表明：在工作电压65 kV,注电流8 A,电子注横向与纵向速度比为1.5时,输出功率230 kW,带宽230 MHz,电子效率45%,饱和增益33 dB。     

带状注速调管高频结构的初步研究

利用3维软件设计并模拟了适用于X波段高功率带状注速调管的“Ⅱ”形谐振腔,根据模拟结果分析了腔体各尺寸对电场均匀性的影响;建立了平面对称结构的3维高频互作用系统模拟平台,应用此平台讨论了扼流器法和漂移管窄壁开槽法这两种抑制漂移管中非工作模式的方法;分析了漂移管的尺寸及漂移头对谐振腔内场分布的影响。研究表明：波导高度、耦合腔宽度和高度对带状注速调管谐振腔间隙的电场均匀性影响较大;而波导长度和宽度、耦合腔长度对该电场均匀性影响不大;腔体连接处加上漂移头可使场分布更加集中;该型带状注速调管谐振腔能够产生均匀的电场,为提高注波互作用效率奠定了基础。     

带状注速调管高频结构的初步研究

 利用3维软件设计并模拟了适用于X波段高功率带状注速调管的“Ⅱ”形谐振腔,根据模拟结果分析了腔体各尺寸对电场均匀性的影响;建立了平面对称结构的3维高频互作用系统模拟平台,应用此平台讨论了扼流器法和漂移管窄壁开槽法这两种抑制漂移管中非工作模式的方法;分析了漂移管的尺寸及漂移头对谐振腔内场分布的影响。研究表明：波导高度、耦合腔宽度和高度对带状注速调管谐振腔间隙的电场均匀性影响较大;而波导长度和宽度、耦合腔长度对该电场均匀性影响不大;腔体连接处加上漂移头可使场分布更加集中;该型带状注速调管谐振腔能够产生均匀的电场,为提高注波互作用效率奠定了基础。     

速调管2.5维非线性注波互作用程序的研究

在高导流系数的速调管中电子束径及横向速度都会发生显著变化，运动电子与间隙电场之间的能量交换是非线性的互作用过程.为了能准确描述这些现象，我们建立了相应的物理模型并据此编写了用于速调管注波互作用分析的2.5维程序LSP.随后使用该程序针对一个实际的S波段高峰值功率速调管做了详细的计算，与一维程序的计算结果和实测数据的比较表明LSP程序的计算值具有更好的准确性且与实测值很好地一致. 关键词： 速调管 2.5维 注波互作用     

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。     

基于伽辽金级数的空间电荷场计算模型

利用局部伽辽金矩量法,建立了电子注空间电荷场的2.5维计算模型. 将空间电荷场在径向展开为各个模式的叠加,利用伽辽金级数表示,通过求解其系数方程组, 最终求得空间电荷场.利用本文的模型,计算分析了电子注空间电荷场的特性, 并研究了模型中仿真参量对空间电荷场计算结果的影响.本文的空间电荷场计算模型利用粒子模拟基本方法, 可以应用到速调管注波互作用计算模型中.     

基于圆环模型的速调管2.5维注波互作用程序

 在高导流系数的宽带速调管中,电子束径向及横向速度都会发生显著变化,运动电子与间隙电场之间的能量交换是非线性的互作用过程。为了能全面描述这些现象,基于圆环模型导出了相应的理论公式,并据此编写了用于速调管注波互作用分析的2.5维程序LSP。随后使用该程序针对一个实际的S波段宽带速调管做了详细计算,与1维程序相比,LSP的计算结果与实测值具有更好的一致性。     

基于圆环模型的速调管2.5维注波互作用程序

在高导流系数的宽带速调管中,电子束径向及横向速度都会发生显著变化,运动电子与间隙电场之间的能量交换是非线性的互作用过程。为了能全面描述这些现象,基于圆环模型导出了相应的理论公式,并据此编写了用于速调管注波互作用分析的2.5维程序LSP。随后使用该程序针对一个实际的S波段宽带速调管做了详细计算,与1维程序相比,LSP的计算结果与实测值具有更好的一致性。     

Linear Theory of Plasma-Filled Coaxial Cylindrical Cherenkov Maser

Injection of background plasma into the beam-wave interaction region can greatly enhance the beam-wave interaction efficiency and the microwave output power of the device. In this paper, a new type of plasma-filled slow-wave structure, i.e., plasma-filled, dielectric-loaded coaxial cylindrical waveguide with a dielectric ring enclosing tightly the inner conductor, is developed. The Cherenkov radiation excited by the beam-wave interaction in the slow-wave structure is examined by use of the self-consistent linear field theory. The dispersion equation and the synchronized condition of the beam-wave interaction are derived. It's clearly shown that the Cherenkov radiation excited by the beam-wave interaction results from the coupling between the slow electromagnetic wave, TM-modes, propagated along the slow-wave structure and the negative-energy space-charge wave propagated along the relativistic electron beam. And the wave growth rate is solved, and the beam-wave energy exchange in the presence of the background plasma is discussed. Finally, the effects of the background plasma density on the dispersion characteristics, the distribution of the longitudinal fluctuating electric field, the wave growth rate and the beam-wave energy exchange are calculated and discussed.     

等离子体-腔混合模耦合腔行波管非线性注-波互作用分析

 用模式展开的方法分析了等离子体-腔混合模耦合腔行波管的非线性注-波互作用过程，导出了其考虑相对论效应的非线性注-波互作用自洽工作方程组。用格林函数法求解各向异性背景等离子体（介电常数张量）下的空间电荷场。编写了计算机模拟软件，用来分析等离子体-腔混合模耦合腔行波管的增益、效率、输出功率、瞬时带宽等重要的非线性特性，计算结果表明：工作在等离子体-腔混合模式下的耦合腔行波管，瞬时带宽达到20%~30%，效率达到50%以上。     

回旋行波放大器输出端反射对注-波互作用的影响

基于回旋行波放大器的非线性自洽理论,研究渐变输出端反射对回旋行波放大器注-波互作用的影响.数值模拟结果表明,对于Ka波段TE₀₁模基波工作回旋行波放大器,渐变输出端渐变角的变化以及互作用长度的改变将导致不同的反射系数幅度和相位,从而影响注-波互作用过程,改变功率演化过程.在输出饱和功率不变的情况下,合理选择输出渐变角,可能可以减小注-波互作用长度,展宽互作用频带. 关键词： 回旋行波放大器 注-波互作用 反射系数     

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。