椭圆波导FEM放大器的非线性特性研究

 以椭圆波导、平板摇摆器为FEM放大器的模型，导出了自洽的注波互作用三维非线性方程组。在此基础上编制了相应的程序。利用该程序分析了FEM放大器的饱和功率、效率以及带宽等高频特性。考虑了摇摆器渐变、空间电荷波、电子初始速度零散对高频特性的影响。     

线电荷串产生的史密斯-帕塞尔辐射

采用积分方法分析了线电荷串,沿周期性理想金属光栅表面平行移动时产生的史密斯帕塞尔辐射。分别对短周期光栅、低能量线电荷串与长周期光栅、高能量线电荷串的辐射情况进行了数值计算。相对单个线电荷而言,N个线电荷与反射光栅作用产生的辐射场密度,在频率是线电荷串调制频率的整数倍处出现最大,辐射谱宽变窄;随电荷能量增高,辐射能量向高频方向移动,并具有强烈的定向性;可以通过调节线电荷调制频率等参量实现辐射电磁波频率锁定。研究结果表明,对高能量与低能量的电荷参量,适当选择光栅尺寸与线电荷串间隔周期,都可使辐射波工作于太赫兹波段。     

金属柱平板慢波系统高频特性研究

对于离散的金属柱结构构建的周期性平板慢波系统,本文利用3维FDTD方法结合HFSS仿真软件深入分析了该慢波系统的高频特性.研究了金属柱高度、周期长度对色散特性的影响,计算了耦合阻抗,并与传统光栅慢波系统特性进行了对比分析.分析表明金属柱慢波系统既有与传统光栅慢波系统相似的高频特性,又具有独自的特点,位于离散的金属柱周期间隙中的电子注互作用耦合阻抗具有对称性;金属柱结构用作真空电子器件的高频系统可增加发生有效互作用的电子注厚度,降低起振电流密度,提高器件效率.本文的分析结果为设计低电流密度工作的多电子注短毫 关键词： 金属柱平板慢波系统 3维FDTD算法 色散特性 耦合阻抗     

二维等离子体填充金属光子晶体腔体特性

设计了等离子体填充的二维金属光子晶体特殊开放腔体结构,并采用粒子模拟技术(PIC)建立了基于等离子体填充腔体结构物理模型,分析了等离子体填充下二维腔体的各模式场分布特性,以及等离子体的引入对腔体内各模式工作频率、电场幅值的影响。结果表明:腔体内各模式的电场强度随等离子体密度的增加而减弱,模式频率随背景等离子体归一化频率的提高而增加,工作模式的产生与激励方式密切相关。     

非均匀扰动结构TE0n模式变换器研究

本文提出一种半径和周期双重扰动的非均匀圆波导TE_0n模式变换器. 通过耦合波理论(CWT)和数值优化方法对该模式变换器进行研究, 计算结果与电磁仿真软件基本一致. 与传统的均匀结构半径微扰模式变换器比较, 非均匀扰动结构TE_0n模式变换器可以在更少的波纹周期内实现高于均匀结构的模式转换效率, 95%功率转换绝对带宽增加150%, 器件长度减小接近一半. 本文的研究工作为设计轴向尺寸短、工作带宽大、 转换效率高的高功率回旋管外接模式变换器提供了重要参考.     

高功率同轴波导Ubitron放大器的高频特性研究

 用三维非线性理论，对高功率同轴波导Ubitron放大器进行了研究。该Ubitron放大器采用环形相对论电子注与同轴波导的TE₀₁模相互作用。通过数值模拟，在Ku波段得到了2.24MW的输出功率，其效率为10.9%，带宽为35% 。数值计算结果表明：电子注的自场导致饱和功率减少，频带变窄，增益下降。使用摇摆器幅值渐变，器件工作效率从10.9%提高到12.3%。     

Simulations of a two-stream backward-wave oscillator with a slot-hole structure

We study a two-stream backward-wave oscillator with a slot-hole structure at short millimeter waves with the help of a three-dimensional particle-in-cell simulation. In order to increase the interaction region of the electron beam, the efficiency and the output power, a slot-hole loaded rectangular waveguide structure used as the high-frequency system is proposed. Based on the mechanism of the backward-wave oscillator, a slow-wave oscillator with a frequency of 0.14 THz is designed. The simulations show that the output power and the efficiency of the oscillator can be enhanced due to the coupling between the two beams through the slot holes. The interaction efficiency is 5.18%, and the starting current density is below 5 A·cm^-2 for the two beams. These attractive results indicate that, based on the two-stream backward-wave oscillator, we can get short millimeter wave sources with high power and low current density.     

具有变态光子带隙结构的相对论Cherenkov辐射源的研究

提出了一种变态光子带隙结构,研究了由这种结构构成的周期慢波系统的Cherenkov辐射源的特性. 利用高频仿真软件以及三维粒子模拟软件对变态及常态光子带隙慢波系统中类TM₀₁模的色散特性及注-波互作用物理过程进行了模拟研究. 结果表明,在变态光子带隙慢波系统中,类TM₀₁模纵向场分量沿角向分布均匀性得到明显改善,能有效抑制非对称模式,提高输出频谱纯度及注-波互作用效率. 关键词： Cherenkov辐射源 变态光子带隙结构 慢波系统 三维粒子模拟     

Three-dimensional simulation of Ka-band relativistic Cherenkov source with metal photonic-band-gap structures

This paper presents a three-dimensional particle-in-cell (PIC) simulation of a Ka-band relativistic Cherenkov source with a slow wave structure (SWS) consisting of metal photonic band gap (PBG) structures. In the simulation, a perfect match layer boundary is employed to absorb passing band modes supported by the PBG lattice with an artificial metal boundary. The simulated axial field distributions in the cross section and surface of the SWS demonstrate that the device operates in the vicinity of the π point of a TM01-like mode. The Fourier transformation spectra of the axial fields as functions of time and space show that only a single frequency appears at 36.27 GHz, which is in good agreement with that of the intersection of the dispersion curve with the slow space charge wave generated on the beam. The simulation results demonstrate that the SWS has good mode selectivity.     

等离子体填充二维金属光子晶体色散特性研究

 提出了等离子体填充的二维金属光子晶体模型,采用时域有限差分法研究了等离子体填充的二维正方晶格和三角晶格金属光子晶体的色散和带隙特性.对比分析了两种结构中等离子体密度对TM及TE模式传播特性的影响规律.研究发现,由于背景等离子体的引入,二维金属光子晶体的色散曲线明显往高频方向移动,等离子体密度的改变可同时控制TE和TM模的带隙位置和禁带宽度.这些特性使得二维等离子体金属光子晶体在设计可调谐光子晶体器件方面具有潜在的应用价值.