衰减材料对高增益相对论速调管自激振荡的抑制

在高增益相对论速调管放大器中,自激振荡严重影响器件的正常工作并导致脉冲缩短。通过粒子模拟研究了高次模式自激振荡的激励机制,并提出在器件内加入微波衰减材料来抑制该类自激振荡。详细研究了衰减材料的电导率和几何参数与高次模式衰减常数的关系,并开展了微波衰减体的冷测实验。冷测表明微波衰减体对高次模式的衰减达11.25 dB,其性能满足器件实验要求,可以用于高增益相对论速调管的热腔实验。     

kW级功率驱动的锁相高功率微波发生器

针对kW级微波驱动的锁相GW高功率微波,设计了一个高增益(大于50 dB)四腔相对论速调管放大器(RKA)。模拟表明,在此条件下高次模振荡严重影响器件的锁相实现。由此,将RKA结构与正反馈振荡电路结合起来,建立相应的等效电路来研究这种高次模激励的物理过程(即高次模的激励与中间腔之间耦合强度的相关性)。在高次模振荡的等效电路(即正反馈振荡电路)中,用衰减电阻代替结构中的微波吸收层来研究高次模振荡的抑制机理,衰减电阻通过对反馈过程的控制,提高了电路的自激振荡起振电流。在结构上按照衰减电阻要求设计了微波吸收层,将高次模振荡的起振电流提高到大于器件的工作电流,实现了高增益(约60 dB)条件下高次模激励的抑制。模拟获得了4 kW微波功率驱动的2.3 GW锁相高功率微波,增益接近60 dB。在LTD加速器平台的实验结果表明:注入微波由固态RF种子源提供(功率10 kW),输出功率达到1.8 GW,增益为52.6 dB,90 ns内输入和输出微波的相对相位差小于±10°,实验上实现了kW级注入微波对GW高功率微波的相位锁定。     

低功率驱动的高功率微波放大器实验研究

在器件设计上,针对低功率驱动的高功率微波放大器或高增益放大器中的高次模激励和自激振荡问题,采取了降低电子束同器件前端结构耦合等措施,来保证器件在工作区间完全处于放大状态,通过PIC模拟,设计了低功率驱动的S波段高功率微波放大器(电子束:流强7.5 kA,电子能量750 kV),注入微波6.8 kW时,模拟微波输出功率1.7 GW,增益53.9 dB.在Sinus加速器平台上开展了相应的实验研究: 注入微波62 kW时,微波输出功率达到2.04 GW(电子束:流强8 kA,电子能量800 kV), 输出频率 关键词： 高功率微波 微波器件 高增益 模式控制     

220 GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的研究

提出了一种220 GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的物理结构.利用光子晶体高频带隙确定了回旋管高阶电磁模式类TE63和三次电子回旋模的互作用状态.通过非线性理论,研究了腔内类TE63和类TE92模的弱模式竞争,得到了有利于回旋管三次谐波起振的工作条件和起振过程的非线性特征,其结果与粒子模拟基本一致.研究表明,利用光子带隙谐振腔的禁带特征,回旋管中高阶电磁模与高次电子回旋模能够发生有效的互作用关系被得到证实.     

黎开管非线热声效应的研究

基于能量守恒原理对Rijke管热声效应展开了理论分析,采用内外流场耦合法数值模拟了Rijke管自激励起振和饱和过程的声场特性,并开展了相应的实验研究.推导了Rijke管起振、饱和及高次谐波产生过程中的能量变化,分析了Rijke管非线性效应包括高次谐波和波形畸变的影响因素,提出了改变管口声阻抗可弱化非线性效应的方法.结果...     

高增益相对论速调管放大器杂模振荡抑制研究

由于杂模在高增益相对论速调管放大器中很容易激发,而且严重影响工作模式的束波互作用,因此,杂模抑制在高增益相对论速调管放大器中非常重要．杂模的激发不仅影响高增益相对论速调管放大器的正常工作,而且导致脉冲缩短等,大大降低速调管的工作性能．本文结合粒子模拟深入研究了杂模产生的机理,建立了激发杂模振荡的腔间耦合模型及其相应的等效电路,由此给出了杂模激发的起振电流公式和抑制措施,并且在PIC模拟中进行相应的模拟验证和优化处理,最后,在千瓦级驱动源驱动下,实验上实现了对杂模的控制,得到微波功率0．98GW脉冲宽度100ns的实验输出．     

改型wiggler高次谐波自由电子激光的非线性理论分析

建立了改型wiggler自由电子激光的非线性理论,导出了自洽非线性方程组.用计算机模拟方法对改型wiggler高次谐波自由电子激光进行了分析,得到了电子在与光场相互作用,从线性调制到非线性饱和演化过程中的相空间群聚图、高次谐波的增益、抽取效率以及电子束能谱图,同时,还研究了电子束能散度对高次谐波的增益和效率的影响等.模拟结果证实了改型wiggler自由电子激光是实现短波长相干光辐射的重要途径之一. 关键词：     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,并结合介质加载波导的冷场分析,通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度,通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上,对Kα 关键词： Kα波段介质加载回旋行波管 绝对不稳定性 自激振荡 小信号增益     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，并结合介质加载波导的冷场分析，通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度，通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上，对Kα     

相对论磁控管透明阴极的仿真与实验

 基于一个6腔异腔结构相对论磁控管,运用粒子模拟仿真软件,对同轴阴极和透明阴极的特性进行仿真和实验研究。经仿真优化,设计并制作了一支3个带的透明阴极。粒子模拟结果表明,在相同条件下透明阴极比同轴阴极电子群聚时间大大缩短,起振时间大幅减小,整管效率提高约1倍,输出微波频谱更纯,模式竞争更小。实验结果表明,相同条件下,应用透明阴极所得到的微波脉宽较宽,在S波段获得721 MW的微波功率输出。说明应用透明阴极能缩短相对论磁控管起振时间,与粒子模拟结果相符。     

Mode control in a high gain relativistic klystron amplifier with3 GW output power

Higher mode excitation is very serious in the relativistic klystron amplifier, especially for the high gain relativistic amplifier working at tens of kilo-amperes. The mechanism of higher mode excitation is explored in the PIC simulation and it is shown that insufficient separation of adjacent cavities is the main cause of higher mode excitation. So RF lossy material mounted on the drift tube wall is adopted to suppress higher mode excitation. A high gain S-band relativistic klystron amplifier is designed for the beam current of 13 kA and the voltage of 1 MV. PIC simulation shows that the output power is 3.2 GW when the input power is only 2.8 kW.     

Mode control in a high-gain relativistic klystron amplifier

Middle cavities between the input and output cavity can be used to decrease the required input RF power for the relativistic klystron amplifier.Meanwhile higher modes,which affect the working mode,are also easy to excite in a device with more middle cavities.In order for the positive feedback process for higher modes to be excited,a special measure is taken to increase the threshold current for such modes.Higher modes' excitation will be avoided when the threshold current is significantly larger than the beam current.So a high-gain S-band relativistic klystron amplifier is designed for the beam of current 5 kA and beam voltage 600 kV.Particle in cell simulations show that the gain is 1.6×105 with the input RF power of 6.8 kW,and that the output RF power reaches 1.1 GW.     

并行多注THz折叠波导行波管的理论分析与数值模拟

为了提高THz行波管的输出功率,通过并行多注和功率合成的方法,完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明:单束行波管在0.135～0.157THz频率区间具有很好的色散平坦度,3dB带宽为13GHz,0.14THz处获得了20.88dB的最大增益;多束合成行波管在0.14THz处获得了20.8dB的合成增益,3dB带宽区间合成效率不低于92%。数值模拟表明该方法很好地实现了多路放大信号的合成输出。并行多注行波管具有输出功率大、单束电流小、聚焦磁场低等优点,能够在低发射电流密度条件下实现大功率THz辐射。     

X波段大功率耦合腔行波管3维粒子模拟

 为提高行波管的增益和输出波形的稳定性,开展了带高频切断X波段大功率耦合腔行波管的研究工作。以点频7.2 GHz为例,对X波段耦合腔行波管的大信号注波互作用过程进行了3维粒子模拟,该行波管包含一处高频切断及两处微波集中衰减器。数值模拟结果表明：行波管腔数为40、电子束电压为17 kV、电流为0.8 A时,可获得2.0 kW的微波输出功率,增益达23 dB,电子效率达14.7%。     

Development of a 500 MHz high power RF test stand

A flexible high power RF test stand has been designed and constructed at IHEP to test a variety of 500 MHz superconducting RF components for the upgrade project of the Beijing Electron Positron Collider (BEPCⅡ), such as the input coupler, the higher order modes (HOMs) absorber and so on. A high power input coupler has been conditioned and tested with the RF power up to 250 kW in continuous wave (CW), traveling wave (TW) mode and 150 kW CW in standing wave (SW) mode. A prototype of the HOMs absorber has been tested to absorb power of 4.4 kW. An introduction of the test stand design, construction and high power tests is presented in this paper.     

Design of a 50 kW, wideband Ka-band slow wave cyclotron amplifier

A two-stage slow wave cyclotron amplifier is investigated to demonstrate a high power, stable, and broad Ka-band radiation source, operating at a low beam power (~60 kV, ~5 amps) and a low magnetic field (~7 kG). A linear theory predicts that the second harmonic gyro-BWO is competing in the amplifier and can be stabilized by inserting a sever in the interaction circuit. A slow-time-scale non-linear code, with a sever included, predicts a saturated gain of 24-28 dB, an efficiency of 15-17%, and an instantaneous bandwidth of 15-20% at a beam axial velocity spread of 2%. A broadband RF coupler, a mode converter, and a RF vacuum window are designed by the use of a 3D electromagnetic, finite element code. Measured RF characteristics are in good agreement with predictions     

中央开耦合槽矩形双间隙谐振腔中的TM高次模

 用解析方法导出了中央开耦合槽矩形双间隙谐振腔中π-TM模式频率的本征方程和特性阻抗的计算公式,分析了耦合槽大小对几种π-TM模式频率和特性阻抗的影响。对TM₃₁₀模的具体计算结果显示,解析方法与模拟方法的计算结果符合得很好,可以用于计算谐振频率和特性阻抗。研究表明,耦合壁的厚度对π-TM模式频率的影响不大,耦合槽的大小和位置对谐振频率影响则较大。同时发现,在TM高次模双间隙腔中,出现了π₁模消失现象。