螺旋慢波电路高频特性的三维计算模拟

 使用MAFIA软件对螺旋慢波线高频特性进行计算模拟，避免解析理论中的假设处理，提高了计算精度，与实验测试值相比色散特性的平均模拟误差为1%左右，耦合阻抗的平均误差为0.2%左右；并对不同建模方法下的不同模拟方法在计算时间和精度上作了比较，证明了准周期边界条件的模拟方法是一种在实际工程应用上同时满足精度与效率要求的模拟方法。     

耦合腔慢波结构冷测特性的计算方法

 对几种用3维MAFIA仿真软件以及利用其准周期边界条件和后处理模块计算耦合腔行波管慢波结构的色散和耦合阻抗等冷测特性的方法进行了讨论,另外还对两种阻抗＿总阻抗和Pierce耦合阻抗的定义进行了充分讨论。考虑到休斯结构耦合腔行波管的电子是与耦合腔慢波结构的负一次谐波发生作用和耦合阻抗应该是电子注截面上的平均值等,指出总阻抗和Pierce耦合阻抗之间相差一个因子,考虑了这个修正因子之后,其结果将更接近实际情况。用这些方法计算耦合腔行波管的冷测特性,得到了与实验冷测值十分接近的结果。     

高频腔本征值问题的三维数值模拟

 运用有限积分法软件MAFIA和有限元软件ANSYS对两类高频腔的本征值问题进行数值模拟，将模拟结果与部分实验数据进行验证，得到了比较一致的结果，其平均计算精度在5%以内，证实了两种电磁软件都可用于高频腔本征值问题的数值模拟，在计算精度上为满足工程设计需要做了一些研究。另外将两种模拟软件在计算时间上作了对比。     

双周期加速结构腔间耦合系数的模拟计算

在直线加速器加速管的设计中, 腔间耦合系数是一个关键参量, 它的误差是影响场分布误差的主要因素. 准确计算耦合系数，对于腔间耦合孔几何参数的设计十分重要. 目前, 采用电磁场计算软件进行数值模拟是计算耦合系数的主要 方法. 文献调研发现, 使用MAFIA程序计算耦合系数, 对于单周期的盘荷波导结构, 根据MAFIA程序内部电(磁)边界条件和周期性边界条件, 对应两者有行波模拟、驻波模拟两种方法计算色散曲线. 本文结合这两种方法, 对计算双周期加速结构耦合系数的方法进行了探索, 它们可得到相近的结果, 与实验测量值的差别小于15%.     

142.8MHz次谐波聚束腔的结构优化设计

 使用二维有限差分法分析软件Superfish和三维有限积分法分析软件MAFIA，对142.8MHz次谐波聚束腔的结构进行了模拟和优化研究，给出了聚束腔结构优化设计的步骤和方法，确定了优化后聚束腔的基本结构。分析比较了Superfish和MAFIA两个软件的模拟优化结果，得出了基本一致的结论。还探讨了Superfish和MAFIA在聚束腔设计中的应用方法。     

强耦合腔量子电动力学中单原子转移的实验及模拟

对于强耦合腔量子电动力学系统中以自由下落方式转移原子与腔模强耦合作用过程进行了实验研究,并在理论上利用蒙特卡罗方法对整个实验过程进行了模拟.根据模拟的高精度光学微腔实时记录的原子穿腔信号,获得了原子与腔模相互作用以及冷原子的参数等基本信息,包括不同初始条件下原子与腔模相互作用时腔的透射谱、单个原子在腔内的驻留时间、原子到达腔模时刻的概率分布以及原子到达腔模的动能分布等,并作为对比给出了相应的实验结果.基于模拟结果,实验上建立了腔内光学偶极阱来俘获单个原子,测量的单原子的腔内俘获寿命达到5 ms,比自由穿越时延长了约30倍.该研究对于原子-腔受限空间内,以自由下落方式转移原子以及原子与腔的耦合过程给出详细的分析,有助于对类似实验结果的分析和系统参数的优化.     

三维射频加速腔程序包MAFIA的开发和应用

介绍了三维射频加速器计算机辅助设计(CAD)程序包MAFIA的特点、功能及其应用。用CAD的方法实现了射频加速器特别是非轴对称带耦合腔的加速器的三维腔形设计。同时介绍了节省内存、节约机时的模型方法,使得在中小型机器上运行大程序(八万条)成为可能。文章主要对L波段的加速腔进行了数值模拟,并和实验进行了比较,结果符合较好;通过三维数值模拟及图形模拟的方法比较了各种形状谐振腔的性能;计算分析了输入耦合腔及高阶模耦合器对加速腔电磁场分布等参量的影响;提出了加耦合器后谐振频率改变的补偿方法。     

强流四杆型RFQ加速腔水冷系统的设计和数值模拟

为了研制一个强中子发生器，北京大学重离子物理研究所设计了一台高负载因子、高流强的RFQ加速器. 本文讨论了RFQ加速腔水冷系统的设计，使用有限元软件ANSYS对水冷系统进行了分析. 使用MAFIA模拟计算得到的功率密度，并将其作为ANSYS水冷模型的边界条件. 因为MAFIA程序和ANSYS程序分网方法的不同，使用一个程序来将MAFIA的结果导入到ANSYS模型中，从而建立起了RFQ加速腔的热分析模型. 通过这个热分析模型分析并检验了水冷系统的设计，确定了水冷系统的结构. 模拟计算结果表明：使用目前设计的这套水冷系统，能够使RFQ加速器工作在适宜的温度下以及长时间稳定的运行.     

相对论行波管高频系统的数值模拟及实验验证

 分别采用有限元算法软件（HFSS）和有限积分法软件（MAFIA）对相对论行波管盘荷波导慢波结构进行建模，求出了相应的色散曲线。在此基础上设计了可用于相对论行波管的一种宽带和一种窄带的盘荷波导结构。加工了它们的冷测模型，测试曲线和模拟曲线吻合很好，从而验证了这两种软件尽管计算方法不同，但都可以对行波管慢波结构本征值问题进行求解。     

内开槽螺纹回旋行波管线性理论研究

基于耦合波理论，运用阻抗微扰法得到了内开槽螺纹波导的色散方程及耦合条件，并从相对论电子运动方程入手得到了自洽非线性方程组，通过一阶线性近似导出了注-波互作用线性关系及色散方程.运用数值计算及3维粒子模拟软件冷腔分析对该波导冷腔色散特性及注-波互作用色散特性进行了研究. 关键词： 内开槽螺纹波导 阻抗微扰 线性理论 自洽非线性方程组     

Three Dimension Simulation of Millimeter Wave Double Staggered Coupled Cavity Structure

After analyzed the cavity field mean method theory resolution, the software simulation method to obtain the resonance frequency, Q value and RF dispersion by MAFIA and ANSYS software is discussed for the double staggered coupled cavity Millitron structure in the millimeter-wave TWT. The resonance frequency and Q value of the single cavity is obtained and is consistent with two kind of the simulation software. Their average error is about 0.6%. The two kind of the simulation result is consistent to the design precise. The simulation method saves on the cost and time in the experiment, improve the data precise and work efficiency. The trend of the dispersion simulation result is consistent with the cavity field mean method theory result. The high end of the theory result is great contrast to that of MAFIA result. It shows that the theory adopt some hypothetical conditions, But the theory result has some instructional signification in initialization design of the novel slow wave structure.     

Tape Analysis of an Inhomogeneously-Loaded Helical Slow-Wave Structure for Broad-Band Traveling-Wave Tubes

Theoretical simulation of the dispersion and interaction impedance characteristics of an inhomogeneously-loaded helical slow-wave structure is validated. The structure is supported by double-curve-shaped rods which are smoothed out into a number of dielectric tubes with their respective effective permittivity values. The effects of the helix thickness are taken into account by considering a free-space gap equal to the difference between the mean helix radius and the outer helix radius. Moreover, the helix tape model is used instead of the simpler sheath-helix model. The theoretical predictions are compared with those of MAFIA simulation. The dispersion error is found to be within 3–6 percent and the impedance characteristic is in great agreement with that of MAFIA simulation. At last, for the sake of comparison, the cold-test characteristics under sheath-helix model are also provided.     

94GHz基波复合腔回旋管数值模拟

通过对94 GHz基波复合腔回旋管中谐振腔结构、电子注参数以及注-波互作用过程的模拟计算研究,分析了复合腔回旋管的高频结构特性和工作参数优化问题.给出了基波H61 -H62模式对复合腔回旋管的模拟设计结果.数值模拟结果表明:在电子注电压40 kV、电流5A、电子横纵速度比1.3、工作磁场3.6T时,回旋管可获得78 k...     

四轩型RFQ加速腔高频特性的数值模拟与实验研究

为设计一个高负载因子、高流强的RFQ加速器，使用三维电磁场计算程序MAFIA对加速腔的高频特性进行了模拟计算. 本文主要研究RFQ支撑板高度、宽度、间距、电极形状等结构参数对高频腔体高频特性的影响，根据RFQ加速器的比分路阻抗以及电磁场分布的要求，对RFQ的结构参数进行优化设计，然后根据模拟计算结果加工冷模，进行冷模测量并将测量结果与计算结果加以比较.     

Software Cold Test Simulation of Coupled Cavity Slow-Wave Structure in Millimeter Wave TWT

In this paper, the software cold-test simulation method to obtain RF dispersion, interaction impedance by MAFIA software is discussed considering effect of the conducting barrel in the millimeter-wave TWT. The dispersion simulation result is obtained more consistent with experiment data than the method that ignoring effect of the conducting barrel. By changing the structure parameter, high frequency characteristic will be affected. The change relationship of high frequency characteristic with structure parameter is obtained. The different calculation methods of the interaction impedance are discussed. These results are received and are consistent with experiment data.     

S波段宽带大功率连续波耦合腔行波管3维模拟设计

 使用3维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用行为。使用完整的仿真模型完成了S波段连续波管型的设计,达到如下设计指标：工作频率2.0~2.3 GHz,输出功率4.3 kW,频带内增益波动±0.7 dB。提出了使用大介电常数微扰介质棒减小耦合阻抗计算误差的方法,研究了行波管的冷腔特性,给出了色散、耦合阻抗等参数。     

多间隙耦合腔电子电导与模式稳定性

根据空间电荷波小信号基础理论,建立了多间隙耦合腔中单个间隙电子电导的计算模型与模式稳定性分析模型。以3间隙耦合腔为例,推导出了各个间隙电子电导的计算公式。通过理论计算与仿真模拟,研究了3间隙耦合腔中各个模式的电子电导特性,并进行了间隙中注波互作用研究与模式稳定性分析。模型计算发现:各个间隙不同模式的电子电导不同,第3间隙内电子电导受注电压及间隙距离影响最大,对整个间隙内的注波互作用及电路稳定性的影响也最大。该模型还可以用于分布作用速调管注波互作用的计算模拟。     

一种高效率和高功率的双同轴虚阴极振荡器

 提出了一种双同轴虚阴极振荡器，并对其进行了理论分析和数值模拟。这种振荡器采用了一种新的能量提取结构，将波束相互作用和能量提取分开进行。提取区内轴的左端面可以反射微波，为波束相互作用提供反馈机制；同时还可以吸收在下游漂移的电子，这有利于输出功率和效率的提高。在器件的入口处注入峰值电压为500kV的梯形脉冲时，模拟得到了瞬时峰值功率大于2.5GW，周期平均的峰值功率约1.2GW的微波输出，频率为2.175GHz，能量提取效率达到11％。输出的微波保持了传统同轴虚阴极振荡器的优点，模式纯度高、谱宽非常窄。