同轴引出相对论返波管

 提出一种新型相对论返波管 同轴引出相对论返波管结构。首先,利用KARAT软件对这种结构进行了2.5维全电磁粒子数值模拟,经过参数调整,输出的微波脉冲功率为2.0GW,微波频率为9.28 GHz,转换效率达45%。并在模拟中对电子束与电磁波的作用过程进行了跟踪和分析;然后利用SUPERFISH软件对此结构中的场分布进行了计算,结合PIC模拟结果,初步证明了由于内导体的引入改变了返波管末端的反射,有利于电子束与电磁波的能量交换。     

An Unmagnetized Plasma-Loaded Relativistic Backward-Wave Oscillator: Experiment and Simulation

Reported in this paper are the results of an experiment to produce high-power microwave radiation from a gas-filled backward wave oscillator (BWO) driven by a relativistic electron beam without external guiding magnetic field. A peak power for background gas pressure at 5.25 mTorr has been observed as argon pressure from 0.75 mTorr to 15 mTorr. Operating frequency of the oscillator has been measured at 9.6 ± 0.4 GHz. The results of PIC simulation are in good agreement with the experimental results. A reasonable explanation is given for experimental results by PIC simulation.     

准两腔振荡器的理论和实验研究

根据两腔振荡器和返波管的特点提出了准两腔振荡器,其作用机理是两腔振荡器的机理,结构类似返波管.这种结构主要由调制腔组和换能腔组两部分组成,调制腔组实现电子束速度调制,调制后的电子束在通过一个微波场较弱的区间时实现电子束群聚,然后在换能腔组实现电子能量到微波能量的转化,并通过输出结构输出;同时,调制腔组和换能腔组之间存在微波耦合,换能腔组中的一部分微波能量可以耦合到调制腔组,形成一个正反馈回路,在一定条件下实现微波振荡.根据此理论,根据Sinus-700加速器的参数(800 kV,10 kA)设计了一个X波段的高功率微波器件,2.5维Particle in Cell (PIC)程序模拟的效率为28%,微波频率为9.42GHz,微波输出功率为2.25GW,实验上得到的微波输出为微波频率9.40GHz,微波输出功率2.44GW.关键词：两腔振荡器返波管多波切仑可夫微波器件     

矩形波导加载光栅结构的太赫兹振荡器

本文采用矩形波导加载光栅的慢波结构作为太赫兹返波管的高频结构,通过理论分析和电磁仿真研究了该慢波结构的色散特性和互作用阻抗,理论分析结果和仿真结果能很好地吻合。在理论分析的基础上,设计了一个中心频率为340GHz的返波管,经粒子模拟软件计算,在较低电流密度的情况下该返波管输出功率达100mW且可调带宽约30GHz。     

W波段交错双栅返波振荡器高频系统

将矩形交错双栅结构作为慢波电路并提出与之配套的过渡结构和输出耦合器,设计了利用带状电子注工作在W波段的返波振荡器。提出的过渡结构和耦合器解决了该类直波导型器件的信号传输衰减大、反射强等难题。相对于传统圆形电子注器件,该器件得到了较大的功率提升。利用三维粒子模拟计算的方法,在电流12 mA时通过调节工作电压,在92~98 GHz频带内得到了数W的稳定平均功率输出,信号中心频率非常接近设计频率,且单色性好,谐波分量小。     

反射式太赫兹返波振荡器成像系统及其应用

实现了基于返波管源的太赫兹波反射式成像系统.这是一种新型的无损探伤成像方式.从样品表面或者基底反射回来的太赫兹波被焦热电探测器收集,最后经过计算机处理成像.频率为0.7THz的成像系统被用来对一系列样品进行无损检测,如硬币、徽章、模型飞机以及预埋了人工缺陷的工业样品.结果表明,很多工业材料相对于太赫兹波都是透明的,尤其是一些在航空航天技术中具有广泛应用价值的吸收微波的材料.     

频率色散表面阻抗对真空电子太赫兹源的影响

为了研究欧姆损耗对高频真空电子器件工作特性的影响,首先推导频率色散表面阻抗边界在三维共形粒子模拟软件UNIPIC-3D中的实现原理,并通过对有耗边界矩形谐振腔和圆波导进行模拟验证了该阻抗边界算法的正确性.采用有耗共形UNIPIC-3D模拟相对论太赫兹表面波振荡器和低电压平板格栅返波振荡器.模拟结果表明,对于表面波振荡器和平板BWO这种电磁场集中在金属慢波结构附近的太赫兹真空电子器件,欧姆损耗会对器件的运行带来极大影响,对于采用铜材料的器件,输出功率会下降一半左右,器件起振时间出现延迟,但器件工作频率几乎不变.为了提高相对论太赫兹表面波振荡器的效率,在二极管和慢波结构之间增加了反射腔,模拟结果表明,在考虑器件表面损耗的条件下,器件的工作频率保持不变,输出功率由41 MW提高到60 MW.     

W波段返波振荡器电子光学系统的设计与模拟

本文对W波段返波振荡器的电子光学系统进行了设计和模拟研究,软件模拟结果显示在W波段电子枪的工作电流为12 mA;设计了特殊的磁场结构,使系统磁场在长为80 mm的范围内为0.63 T.研究工作为W波段返波振荡器的研制打下了基础.