变阻抗相对论返波管的研究

根据相对论返波管(RBWO)的非线性理论,数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系,结果表明器件最优化效率可达到50%.设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO,运用全电磁粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用过程,预见出器件功率、效率、频率等性能参量.在电子注电流、注加速电压、互作用区长度相同的实验条件下,测得变阻抗器件实验效率约为均匀阻抗型器件效率的2倍.     

变阻抗相对论返波管的研究

根据相对论返波管（RBWO）的非线性理论，数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系，结果表明器件最优化效率可达到50%，设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO，运用全电磁粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用过程，预见出器件功率、效率、频率等性能参量，在电子注电流、注加速电压、互作用区长度相同的实验条件下，测得变阻抗器件实验效率约为均匀阻抗型器件效率的2倍。     

同轴型相对论返波管的粒子模拟研究

本文提出和设计了一种Ｘ波段大直径同轴相对论返波管,同时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中ＴＭｏｎ模式的色散关系,耦合阻抗,运用粒子模拟程序仿真了器件中波互作用的非线性物理过程,预见了器件输出功率,效率,工作频率,并对器件功率与慢波结构尺寸,电子波束流参数,引导磁场强度之关系进行了优化分析。     

S波段耦合腔行波管非线性注-波互作用方程组的数值解

推导了考虑相对论效应的一维非线性注-波互作用自洽工作方程组.借鉴田炳耕的圆盘模型推导空间电荷场.对空间电荷场表达式提出简化假设并使其归一化,该假设将大大节省考虑空间电荷场时的计算时间.编写计算机程序对注-波互作用自洽工作方程组进行了数值求解,利用该程序分析了空间电荷力对注-波互作用的影响,得出S波段耦合腔行渡管的效率,增益和瞬时带宽.计算结果表明:在2.87～3.35 GHz频带范围内效率达到14%以上,增益大于18.5 dB,瞬时带宽达到15%,结果达到设计要求.     

高功率相对论返波振荡器的研究

本文用自洽的线性场理论对相论返波管进行了分析和数值计算,预见出器件的工作频率及特性,报道了Ｘ波段相对论返波管实验结果：器件在束流１．８ｋＡ,束能４５０ｋｅＶ的相对论电子注驱动下,在中心频率９．３０ＧＨｚ处产生了峰值功率达１００ＭＷ的微波辐射。运用全电磁的相对论的２１／２维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟了返波管中注波互作用的非线性过程。最后对实验结果,线性理论分析结果,ＭＡＧＩＣ模拟结果进行了全面的比较     

0.5 THz双电子注返波管注波互作用的高频结构优化

返波振荡器是一种重要的真空电子学太赫兹源,具有高功率、高工作频率和宽带调谐等特点。为提高圆形电子注与光栅慢波结构的互作用,提出一种双电子注嵌入矩形光栅的慢波结构,使电子注与光栅表面电场更好地充分相互作用,从而提高互作用效率和输出功率。通过数值求解和仿真计算其色散特性,结果表明,相比于相同结构参数的普通矩形单栅,该结构可以实现更高的工作频率和耦合阻抗。利用CST进行PIC仿真,优化结构和电子注参数,最终得到工作频率501 GHz,10.6 W的稳定输出。研究成果为设计0.5 THz的返波管提供了理论指导。     

短毫米波和太赫兹线性注真空器件研究

对短毫米波和太赫兹真空辐射源的发展现状进行了简要的综述,对高频结构的种类、器件类型、频率等进行了分析.文中重点介绍了W波段行波管、返波管的研究结果,以及利用MEMS技术加工高频结构的结果;还给出了220 GHz圆形电子注、带状电子注折叠波导慢波结构的设计和模拟结果;研究了带状电子注情况下耦合阻抗和轴向电场的平坦度,对于开展高频率器件实现高效率互作用打下了基础.     

W波段梯形慢波结构返波管的研究

本文采用梯形慢波结构作为返波管的高频系统,研究了一种工作在低电压条件下的W波段返波管。本次研究采用三维电磁仿真软件CST计算梯形慢波结构的色散特性和耦合阻抗;采用PIC软件模拟注波互作用。结果显示:电压范围在5.5~8kV变化时,梯形线工作在104GHz左右,带宽约为1.35GHz。注波互作用仿真结果显示其工作在高次空间谐波处,输出效率在2%左右。     

W波段斜注管高频结构的设计和注波互作用模拟

斜注管是返波管的一种,其基本原理是将电子注稍微倾斜于慢波结构表面,通过改变电子注的倾角来优化有效互作用长度,达到更高的输出功率和效率.本文论述了斜注管的基本原理,对其冷特性进行了研究,初步设计了W波段斜注管慢波结构,并利用3D电磁模拟软件,对其注-波互作用进行了模拟,模拟得到20W的输出功率以及15GHz的带宽.     

回旋管中电子与波的非线性互作用过程研究

本文采用实际的圆柱腔回旋管模型,由电子的相对论运动方程导出描述电子与波非线性相互作用的振动方程和慢变耦合方程组,并在均匀磁场与线性递增磁场两种工作条件下,对电子与波的互作用过程进行了数值模拟。画出了电子相轨迹图和相空间分布,阐明了不同工作磁场下回旋管中电子与波的非线性相互作用过程和电子群聚特点。     

Particle-In-Cell Simulations from a X Band Coaxial Relativistic Backward Wave Oscillator

A high-power x-band coaxial relativistic backward wave oscillator has been conceptually designed and analyzed. The TM_on dispersion relations in the coaxial corrugated cylindrical waveguide used in the device was calculated. MAGIC,an electronmagnetic particle-in-cell code, is being used to investigated the nonlinear beam-wave interaction and other design optimization issues. Preliminary simulation results shows that the coaxial BWO can generate 2. 2 GW peak power microwave at 10. 15GHz in the TM₀₂ mode driven by a 600-KV 20-KA electron beam, the peak power efficiency is about 18%.     

Coaxial Relativistic Backward Wave Oscillator and Coaxial Master Oscillator-Power Amplifier

A two and one half dimensional particle-in-cell code MAGIC has been used to investigate the nonlinear beam-wave interaction in a coaxial relativistic backward wave oscillator(RBWO) and optimize the dependence of the output power on electron beam nature parameter, slow wave structure geometry and magnetic guide field. The optimum conditions for the coaxial RBWO were obtained. The simulation results show: the coaxial RBWO can generate 3.2GW peak output power at 10.2GHz in the TM₀₂ made when an annular electron beam of 20KA is accelerated across a diode potential of 600KV and guided through a section of uniform coaxial corrugated waveguide by an axial magnetic field of 25KG, the peak efficiency is about 27% . A novel coaxial master oscillator–power amplifier was presented in this paper.     

0.3T Ku波段返波管的低磁场特性研究

为了实现相对论返波管振荡器（RBWO）永磁包装,本文采用Magic模拟软件在0.5T低磁场相对论返波管（RBWO）器件结构基础上,通过在器件慢波结构末端添加一个部分反射腔,减小电子束质量对束波转换影响,即减小引导磁场的影响,实现了Ku波段相对论返波管振荡器0.3T磁场下运行.当电子束束压600kV、电子束束流7kA时,模拟得到器件输出微波功率740MW,效率18%.尽管该器件的效率低于0.5T磁场下的效率（25%）,然而0.3T引导磁场在工程上更容易实现.结合小型化的脉冲功率源进行实验研究,当二极管束压580kV、束流6.5kA,实验获得功率600MW,频率13.10GHz,脉宽25ns的微波输出,该器件的研制可以促进高功率微波（HPM）系统小型化的发展.     

X 波段注入锁定相对论返波管设计

为实现X 波段的相干功率合成,提出了一种高功率的注入锁定相对论返波管模型。器件在结构上分为输入腔和 输出慢波结构：输入腔用于减少注入微波的泄漏,同时腔内的驻波电场可以有效调制电子束;输出慢波段实现调制电子 束的换能输出。模拟表明该结构在注入功率6 kW 的条件下,可以实现2.5 GW输出微波的相位控制。     

Electromagnetically pumped free-electron laser in the scheme ofseparate interaction space from pump wave generator

The theory of an electromagnetically pumped free-electron laser in the scheme of a separate interaction space from the pump wave generator is developed, taking into account the transverse inhomogeneity of incident and scattered waves, and the presence of a magnetic field of 20 kG focusing the particles. The nonlinear computation results, including the coupling coefficients, the excitation curves, powers and efficiency, etc., are obtained on a set of input parameters of our recently established accelerator and FEL system with a pulse high-current relativistic electron beam (600 kV, 3 kA, 70 ns). An experiment is demonstrated in which the relativistic backward wave corrugation oscillator provides a TM₀₁ pump wave with the power of 100 MW at 3 cm wavelength and connects with a smooth tube interaction section to produce stimulated scattering radiation with integral power of 1 MW at 38 mm wavelengths. Also, the numerical and the measured results are compared and discussed     

Study of a X-Bank Relativistic Backward Wave Oscillator with Variable Couple Impedance

An electromagnetic particle-in-cell code has been used to simulate the nonlinear beam wave interaction and other optimization issues of a X-band RBWO with variable couple impedance, the simulation results show: the device can high-efficiently generate microwave radiation of 950MW peak power at (9.06±O.03) GHz when it is driven by a 5KA-500KV annular electron beam, peak power efficiency is 38%. The preliminary experiment results show that the microwave-generating efficiency of the non-uniform impedance RBWO is about twice of the uniform case in the same operating conditions.