140 GHz菱形微带曲折线慢波 结构行波管的模拟计算

提出了一种新型的菱形微带曲折线慢波结构。该结构可适用于低电压、宽带宽、中等功率水平的高效率毫米波行波管。和传统的慢波结构相比,微带曲折线是一种平面结构,因此其加工工艺可采用2维微细加工技术。该结构可以用带状电子束进行注-波互作用,并且不需要额外的电子束通道。给出了菱形微带曲折线慢波结构在140 GHz的色散曲线和注-波互作用模拟分析。研究结果显示：在输入功率为40 mW,带状电子束的电流和工作电压分别为90 mA和7 kV的条件下,该微带曲折线行波管可以获得数十W功率输出,互作用效率可达14.3%,瞬时3 dB带宽为18 GHz(132～150 GHz)。     

速调管离子噪声特性的模拟分析

离子噪声已成为影响现代微波管性能的一个重要因素,采用一维混合模型研究了速调管的离子噪声,用自编的1维粒子模拟程序对速调管的离子噪声特性进行了分析。采用小信号近似,从理论上推导出了速调管离子噪声与相位畸变关系的表达式,表明微波管相位噪声直接来源于管内离子量的变化。模拟了有离子噪声时速调管的相位特性,对模拟过程做了离子诊断并与实验结果进行比较,证明了模拟过程的正确性。探讨了电子束电流、电压以及聚焦磁场对离子噪声的影响规律,束电流与束电压改变后,离子噪声的周期与大小相应改变,增大束电流,离子噪声幅度会下降,并趋于稳定,而在束电流不变的情况下,离子噪声存在一个最小值。束电流与束电压确定,存在最佳的磁场使离子噪声幅度最小。     

W波段具有开放式圆柱光栅的三反射球镜准光腔辐射源

为设计输出高功率、高频率的W波段辐射源提供一个可行的方案,对一种具有开放式圆柱光栅的三反射球面镜准光腔大功率辐射源,在理论计算和PIC模拟仿真的基础上,完成了理论设计,装配出实验系统,并进行了热测实验。实验中采用了束流脉宽为70 ns的环形电子注,引导磁场为2.2 T,二极管电压为557 kV,电流约为1.8 kA,实验测得在W波段有1.2 MW的峰值功率输出。     

相对论返波管中的脉冲缩短现象

 脉冲缩短现象是高功率微波器件中普遍存在的物理现象，它将导致输出微波的能量低于预期值。用粒子模拟的方法研究了相对论返波管在填充氦气以及存在中性背景气体时的脉冲缩短现象。从计算结果可以看出，器件内残留的中性背景气体是产生脉冲缩短的原因之一，但并不是最重要的因素；对于充气的相对论返波管，为了展宽脉宽，充气气压必须控制在一个适当的水平。器件内部强电场的射频击穿和慢波系统表面的爆炸发射可能是引起脉冲缩短的更为重要的因素。     

W波段带状注矩形单栅返波振荡器模拟研究

提出并研究了一种带状电子注矩形单栅返波振荡器。首先研究了矩形单栅慢波结构的色散特性和耦合阻抗特性,然后粒子模拟并优化设计了带状注矩形单栅高频结构,预群聚腔及输出一体化结构。研究结果表明:利用电压200kV、电压2kA、截面为24mm×0.5mm的带状电子注,驱动该矩形单栅返波振荡器,能够产生42 MW的输出功率,工作频率86GHz,效率为10.5%。     

虚边界元法与强流电子枪的电子轨迹模拟

以位势问题为分析对象,从格林公式出发严格导出了虚边界元法的基本积分方程.并以虚边界元法基本积分方程为出发点,从理论上导出了虚边界元法对虚边界形状位置的基本要求.理论结果表明,虚边界元法本身是一种严格的方法,但在一定条件下,它是一种近似方法.基于虚边界元方法开发了一套适用于强流电子枪的电子轨迹模拟程序,并对强流电子枪进行了计算.对强流电子枪的计算表明,在同等条件下,取定最佳的虚实边界距离与边界单元数,虚边界元法较边界元法的精度要高.     

具有任意槽的矩形波导栅慢波结构高频特性的研究

将任意形状槽的连续轮廓近似用一系列相连的矩形阶梯近似，利用各阶梯面上导纳的匹配，以及槽与互作用区边界场的连续与匹配条件，获得了具有任意槽的矩形波导栅慢波结构的色散方程和耦合阻抗的表达式，并进行理论上的验证.加工制作了矩形槽波导栅模型，冷测表明理论值与测量值相吻合.分别求解几种特殊槽形矩形波导栅慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构的色散和耦合阻抗均最弱，而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 矩形波导栅 任意槽 色散特性 慢波结构     

非截面二维光子晶体排列矩形波导的全模式分析

在对周期性结构进行谐波分析的基础上，导出了非截面二维光子晶体排列矩形波导的本征值方程. 基于此方程，可以对该类光子晶体波导的所有可能模式进行分析. 分析认为，非截面二维光子晶体排列矩形波导内能存在的模式包括E_(y)，TE_y，H_(y)和TM_y模式；改变波导高度，可以实现E_(y)模式和H_(y)模式与其他模式通带的完全分离. 然而改变任一结构参数，都不能使E_(y)和H_(y)的各个模式通带，以及E_(y)1模式和H_(y)1模式的通带完全隔离. 波导单模工作的带宽由E_(y)1和E_(y)2模式的低端截止频率决定. 关键词： 波导 光子晶体 本征值方程 模式     

脊加载椭圆波导的多项式表示分析方法

采用Rayleigh-Ritz方法和多项式表示对脊加载椭圆波导的传输特性进行了分析.数值计算与电磁仿真软件结果能很好地符合.研究了不同尺寸对脊波导带宽的影响，对这类结构的优化具有指导意义.     

800 V行波管研究

提出了一种角度对数周期微带曲折线慢波结构,该结构具有微带型慢波结构尺寸小、易加工的特点,同时特殊的结构使得它可以工作在极低的电压下,可用于低工作电压、宽频带毫米波径向束行波管。给出了这种慢波结构在Ka波段的色散特性和传输特性,并进行了注波互作用的分析。计算结果表明：该新型慢波结构的工作电压可低至809 V,输出功率26 W,3 dB带宽约为19 GHz (27~46 GHz),虽然单个角度对数周期微带曲折线慢波结构的输出功率较小,但是这种结构通过功率合成,可以达到数百W的功率输出。