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.     

一种新型的混合型双频高功率微波器件

为提高高功率微波(HPM)器件的输出功率和转换效率,通过对磁绝缘线振荡器(MILO)和分离腔振荡器(SCO)的特性分析,提出利用MILO磁绝缘电流驱动的SCO替代收集极,构成一个具有更高输出性能的双频混合型HPM器件。通过全电磁粒子模拟软件的模拟,结果表明：L波段MILO-SCO混合型HPM器件可在1.54 GHz和0.74 GHz双频下工作,转换效率超过20%,对探索提高HPM器件工作性能提供了参考。     

高效率双波段同轴相对论返波管粒子模拟研究

提出了一种能在C 波段和X 波段实现稳定双频输出的带有谐振反射腔的单电子束同轴相对论返波振荡器,并使 用2.5 维全电磁粒子PIC 模拟软件进行了粒子模拟研究。模拟结果显示：在电子束电压510kV,电流9.03kA,引导磁场 0.73 T 的条件下,双频器件实现了8.1GHz 和9.9GHz 的双波段频率稳定输出,平均功率为0.95GW,波束互作用效率为 20.6%, 效率高于空心双波段返波管以及瓷绝缘线双频振荡器。     

双谐振腔长脉冲相对论返波振荡器研究

延长输出微波脉宽是提高输出平均功率水平的一种重要技术途径.受限于“脉冲缩短”这一国际难题,通常高功率微波源输出微波脉宽较窄.相对论返波振荡器是一种高功率、高效率、可重频运行的高功率微波源,获得了广泛研究和应用.在长脉冲相对论返波振荡器研究方面,现有研究方法很难兼顾长脉冲与高效率.针对上述问题,提出了一种双谐振腔长脉冲相对论返波振荡器的设计方法:采用双谐振腔降低射频场;利用非均匀慢波结构增强束波作用;引入大半径收集极减少电子轰击产生的二次电子的数量.实验结果表明,该器件与现有的长脉冲相对论返波振荡器相比,可以在延长输出微波脉宽的同时提高器件束波作用效率.     

波段双电子注相对论返波振荡器的粒子模拟

首次提出了由双电子注同轴相对论返波管来产生双频微波输出,采用2.5 维相对论全电磁PIC 粒子模拟软件,进行粒子模拟研究。结果表明在环形相对论电子注电压625kV,电流24kA,引导磁场0.772T 的条件下,器件得到了稳定的高功率双频微波输出。其双频微波频率分别为11.5GHz 和12.2GHz,两频率相差700MHz,平均功率约为1.15GW,平均功率效率7.7%。     

X波段低磁场相对论返波管振荡器实验研究

基于现有永磁磁体的参数,并结合高功率微波器件的优点,设计了一个X 波段低磁场相对论返波管振荡器,当引导磁场强度为0. 48T、二极管束压和束流分别为530 kV 和7. 0 kA 时,通过粒子模拟软件得到频率9. 42 GHz、功率1. 11GW 的模拟微波输出,器件束波转换效率30%。在强流电子束加速器平台上进行实验研究,当二极管电压500kV、电流6. 2kA、引导磁场强度0. 46T 时,得到频率为9. 40GHz、功率为900MW、脉宽为32ns 的微波输出。该实验结果为低磁场器件实现高功率、高效率微波输出及永磁包装打下了良好的基础。     

俄罗斯基于超辐射机理相对论返波管实验研究进展

基于超辐射机理相对论返波管能产生高峰值功率、高峰值转换效率、快速上升前沿的纳秒／亚纳秒微波脉冲，正成为高功率微波源系统小型化的新技术途径．本文介绍了近几年来俄罗斯方面对超辐射返波管器件的实验研究情况，重点报道了Ka波段和X波段超辐射返波管器件的最新进展，并指出发展趋势及存在的一些关键技术问题．     

X 波段无导引磁场Cerenkov 型振荡器的仿真研究

利用2.5 维粒子模拟软件Karat 对一种无导引磁场X 波段Cerenkov 型高功率微波振荡器开展了仿真研究,利用 冷腔色散曲线模型与Superfish 电磁场分布模拟软件选择了工作点,设计了基本模型。在基本模型的基础上进行仿真优化, 通过采用内外约束阴极环提高电子束质量,采用锥变型收集极优化器件Q 值、增加模转效率、纯化输出微波模式,优化 非均匀锥形慢波结构增强束波作用,最终使器件效率从17%优化到30%,输出功率达到1.8GW,输出微波模式为TEM 模,频率9.1GHz,对应二极管工作电压620kV、电流9.4kA.     

基于超辐射机理相对论返波管的实验研究进展

基于超辐射机理相对论返波管由短脉冲电子束(脉宽几个纳秒)驱动,利用短脉冲电子束的超辐射效应能产生高峰值功率、高峰值转换效率、快速上升前沿的纳秒/亚纳秒微波脉冲。本文对近几年来国内外超辐射返波管器件实验研究进行了全面的评述,报道了超辐射返波管器件的最新进展及趋势,并指出发展中存在的一些关键问题,为开展返波管器件中的超辐射机理研究提供了详实的资料。     

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     

四腔阶梯阴极L波段MILO数值模拟

为了提高器件微波输出功率和功率转换效率,设计了一种四腔结构L波段阶梯阴极磁绝缘线振荡器,运用开放腔高频分析方法得到了谐振频率和高频电场分布,并计算得到了器件的有载品质因数。运用粒子模拟方法对器件进行研究,典型的粒子模拟结果为：在束压为578kV和束流为46．5kA条件下,得到功率为5．1GW的微波输出,工作频率为1．21GHz,功率转换效率为18．9％。最后讨论了电压变化对器件的功率转换效率和频率的影响：器件工作频率受电压变化影响较小;功率转换效率受电压影响较大,在电压为667kV时效率达到最大值20．45％。     

C波段80 W空间行波管的研制

针对C波段80 W空间行波管进行了优化设计。利用微波管模拟器套装(MTSS)模拟高频慢波结构、注波互作用,运用CST软件模拟了磁系统和输能耦合系统,在输能结构的设计中考虑了微放电效应,设计窗的功率阈值远远大于欧空局8 dB设计要求,降低了管子工作时因微放电而造成损坏的风险。通过MTSS着重优化了高频方案,最终制管完成测试,获得了输出功率大于80 W,效率大于65%,相移小于45°,AM/PM转换系数小于3.5°/dB。     

Ka波段过模表面波振荡器数值模拟

为解决毫米波雷达对高功率微波源的急迫需求,采用Magic粒子模拟程序和CST高频仿真软件设计了一种工作在Ka波段的高功率表面波振荡器(Surface-wave Oscillator,SWO),该器件具有过模慢波结构,在中等电压(420kV)有较高的注波互作用效率。模拟结果表明这种器件在9.5个周期下能产生650MW输出功率的微波,转换效率达19.3%。     

0.1THz扩展互作用谐振腔的研究

设计和研究了一种简单结构的THz波段扩展互作用谐振腔,应用CST等计算软件对其结构进行了冷腔设计,分析了其结构中的工作模式,得到了色散关系,并对其进行了优化。然后用粒子模拟软件进行模拟仿真,结果显示,在工作电压为14kV,电流密度为100A/cm2的激励下,电子注与腔中的TM110模进行互作用,工作频率为109.848GHz,最终得到输出功率为210W,效率约为7.1%的太赫兹波。     

低磁场S波段相对论返波振荡器模拟与实验

为实现高功率微波(HPM)系统的小型化,设计一个S波段较低磁场相对论返波管(RBWO)振荡器。针对低磁场特点,分析慢波结构、引导磁场、束压、束流等对输出微波的影响,通过模拟软件(PIC)优化结构。以此设计引导磁场为0.24 T,电子束束压为725 kV,束流为6 kA,频率为3.53 GHz,输出微波功率为1.22 GW,束波转换效率为27%的低磁场S波段相对论返波管。仿真实验结果表明：在强流电子束加速器平台上外加磁场为0.24 T时,得到平均功率1 GW、频率3.58 GHz、脉宽90 ns的微波输出,与理论值一致。进行了重频为1 Hz,20 s的稳定性实验,该实验结果为实现相对论返波管的永磁包装奠定了良好的基础。     

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.     

C波段连续波速调管的研制

本文介绍一个C波段连续波速调管的设计、计算和测试情况。通过对电子枪、聚焦系统、输出电路、互作用段的计算,获得了符合要求的输出特性。实测结果为：在2.3%工作频带内,连续波输出功率大于15 kW,效率大于30%,增益大于34 dB。     

Design of beam-wave interaction based on high efficiency of a high-power broadband klystron

The paper mainly presents the design of beam-wave interaction of a C-band high-peak- power high-efficiency broadband klystron. The beam-wave interaction section is designed based on considerations of efficiency and bandwidth synthetically. As a part of beam-wave interaction section, buncher section is simulated by Particle-In-Cell （PIC） code to observe the bunching process of electron beam to achieve high conversion efficiency of electron beam and RF field. When it comes to the other part, output circuit is designed as a three-section filter by an output cavity loaded with Chebyshev filter and the cold test results are given. The beam-wave interaction is simulated by EGUN code and Ar- senal-MSU code respectively. The simulated results indicated that, the existence of power dips in the operating bandwidth is verified by Arsenal-MSU code, comparing proper results by EGUN code. Then, the method that design parameters are not adjusted except parameters of buncher cavities to remove potential power dips is described. What is more, the simulated results of electron optics system are given by EGUN code and Arsenal-MSU code respectively. The further hot test results of klystron prove that the whole design of beam-wave interaction is effective.     

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%.