TE21模回旋返波振荡的起振分析

该文基于回旋行波放大器的线性理论,对TE₂₁模回旋返波振荡起振长度和起振频率随导引中心半径、电压、速度比、注电流及工作磁场等参数的变化进行了详细的数值模拟,并给出了相应的物理解释,分析了TE₂₁模基波和二次谐波回旋返波振荡特点,研究了分布损耗对回旋返波振荡的抑制效果。所得结果对回旋行波放大器和回旋返波振荡器的设计有参考意义。     

高阶体模准光模式激励器的设计与实验

基于开放式谐振腔及准光学模式变换理论,设计并实现了一种应用于回旋管振荡器冷测的高阶模式激励器。以140 GHz、TE_28,8模工作为例,通过计算机编程控制三维移动测量平台和网络分析仪完成了相应的实验测量。当模拟仿真获得在谐振腔激起频率为140.179 GHz、Q值为855、输出场分布与TE_28,8模的相关性为90.9 %时,对应设计构建模式激励器完成的冷测结果频率为140.155 GHz、Q值为876、横向电场明显具有TE_28,8的特征,为回旋管振荡器研究和设计过程检验提供了一个有效的实验平台。     

应用于动态核极化核磁共振的太赫兹回旋管

太赫兹波驱动的动态核极化核磁共振波谱技术能将信号灵敏度提高几个数量级,太赫兹回旋管可实现高功率输出,并有一定的频率调谐范围,符合核磁共振波谱系统对太赫兹辐射源的需求。介绍了应用于核磁共振波谱系统的频率可调太赫兹回旋管的发展,研究了多段式腔体结构以及频率可调太赫兹回旋管中工作电压和磁场与电子注质量的关系。在应用于动态核极化核磁共振的太赫兹频率可调回旋管工作时,多段式腔体结构明显优于传统三段式谐振腔。在设计太赫兹频率可调回旋管时,不仅要考虑改变工作电压或磁场导致的电子横纵速度比的变化,而且还要考虑改变工作电压或磁场导致的电子速度离散和引导中心半径离散的变化。     

0.6 THz三次谐波回旋管的研究

 太赫兹回旋管是一类基于电子回旋受激辐射机理的快波器件,同时也是目前最具发展前景的高功率太赫兹辐射源.本文根据回旋管的线性理论和自洽非线性理论对三次谐波、工作频率0.6 THz的回旋管进行了研究,重点讨论了引导中心分别为0mm的实心回旋电子注和0.315mm的空心回旋电子注的模式竞争.通过分析比较,发现工作在0.6THz 、三次谐波的众多模式中TE37模是一比较理想的工作模式,它不仅有相对较高的功率输出,而且还有相对较少的模式竞争.本文中的设计采用55kV/1.0A,电子注的速度横纵比为1.5,在工作磁场7.86T下,数值计算结果表明输出功率达4.73kW.     

220GHz高功率同轴谐振腔回旋管

介绍了220 GHz同轴腔回旋管的设计,工作模式为TE04圆电模式.采用自洽非线性理论对谐振腔的工作参数进行了参数优化,选取工作电压50 k V,工作电流10 A,工作磁场8.4 Tesla.设计的同轴型双阳极磁控注入式电子枪,电子注速度横纵比1.5,速度零散5.2%.并采用粒子模拟方法进行了整管仿真.理论计算与粒子模拟结果表明,设计的220 GHz同轴腔回旋管有望获得200 k W以上的输出功率与40%以上的互作用效率.     

小回旋三次谐波0.52 THz回旋管

为了发展大功率高效率太赫兹辐射源,对小回旋电子注激励三次谐波太赫兹电子回旋脉塞进行了研究,分析了不同参数情况下的模式竞争.研究结果表明,采用近轴小回旋电子注能够实现三次谐波单模振荡.在此基础上设计了一只0.52 THz、TE37模三次谐波回旋管,数值计算表明,该回旋管在工作磁场为6.98 T下输出功率可以达到3.7 kW.对产生近轴小回旋电子注的高磁压缩比磁控注入式电子光学系统进行的粒子模拟研究结果表明,该电子枪能够产生满足实验要求的65 kV/2.5 A,横纵速度比为1.24,引导中心半径0.35 mm的小回旋电子注,其纵向速度离散6.6%,横向速度离散6.1%.     

426GHz回旋管准光模式变换器

采用几何光学模型研究并设计了一个由Vlasov矩形开口辐射器和两级曲面反射器组成的太赫兹回旋管准光模式变换器。利用几何光学理论对Vlasov型准光模式变换器进行了初步设计,采用矢量绕射理论对准光模式变换器进行了详细的分析并编写相应程序,最后结合具体设计参数,得到工作模式在模式变换器中的变换过程。模拟结果表明,太赫兹回旋管中的TE0.6模式在输出窗处被转换为能量集中的准Gauss波束,其效率为89．0％。     

紧凑型高阶回旋管模式激励器初步研究

为了模拟回旋管输出的TE62模,需要设计一个模式激励器。文中采用同轴波导谐振腔结构,通过选择合适的内外导体半径比及腔体尺寸,来获得纯度较高的TE62模。并使用HFSS 软件对腔体进行了仿真,仿真计算结果与理论值相吻合,表明这种结构是可行的。     

复合腔回旋管的分析与数值计算

本文对复合腔回旋管进行了分析与计算。在双模与多模近似情况下,对复合开放式谐振腔作为一个整体进行了分析,并数值计算了复合腔的谐振频率、Q值与场分布。在此基础上,对复合腔回旋管进行了大信号分析,计算了基波与二次电子回旋谐波情况下电子效率与一些参数的关系。结果表明,选用适当的复合腔结构,可使输出腔工作于高次模式,且可能获得较高的电子效率与很高的输出功率。     

34GHzTE01模基波回旋速调管高频系统设计与实验

利用场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的级联散射矩阵。通过数值计算,研究了具有突变结构谐振腔中各模式的反射相移随漂移段半径变化、工作模式的反射相移随腔体半径的变化、腔体中各模式的传播常数随腔体半径的变化、谐振腔的腔体长度和半径的关系,并完成了Ka波段TE01模回旋速调管的输入腔、群聚腔、输出腔的设计。同时给出了一支Ka波段TE01模四腔基波回旋速调管高频系统和整管的优化设计方案。PIC模拟表明：在中心频率34GHz,注电压70kV,注电流11A的情况下,获得了输出功率390kW,饱和增益42.9dB,电子效率50.6%,3dB输出带宽360MHz的结果。 通过样管的热测实验显示在34GHz,注电压70kV,注电流11A,获得了301kW的稳定输出脉冲峰值功率,41.8dB的增益,39.1%的效率,285MHz的3dB输出带宽。     

Theoretical investigation of an advanced launcher for a 2-MW 170-GHz TE/sub 34,19/ coaxial cavity gyrotron

This paper investigates the antenna waveguide (launcher), the main component of the quasi-optical mode converter of a 2-MW 170-GHz TE/sub 34,19/ coaxial cavity gyrotron, which is under development within the European Union. For coaxial gyrotrons operating in very high-order cavity modes like the TE/sub 34,19/, due to the ratio of the caustic to cavity radius of 0.323, the transformation of the high-order cavity mode into a nearly Gaussian distribution cannot be done as good as for gyrotron modes where the ratio of caustic to cavity radius is approximately 0.5. The simulation results for the TE/sub 34,19/ mode show that the average and peak values of the power density at the edges of the cuts of a conventional dimpled-wall launcher are approximately 32.3 W/cm/sup 2/ and 63.8, respectively, which will produce diffraction losses and reflection of power from the cuts. This paper reports on an advanced launcher for which average and peak values of power density of 1.9 and 5.4 W/cm/sup 2/ at the edges of the cuts are achieved, and a well-focused field at the aperture with a scalar Gaussian mode content of 94.8% is obtained.     

Singular and Hypersingular Integral Equations Techniques for Gyrotron Coaxial Resonators with a Corrugated Insert

For the first time rigorous theory is developed for eigen traveling TM modes in the resonator of the coaxial cavity gyrotron with a corrugated insert. This mathematical model can be applied for any corrugation parameters and wavelengths. Gyrotron simulation software is developed and allows to calculate mode eigenvalues, electromagnetic field components and Ohmic losses for eigen TE and TM modes. Results of the numerical investigations are presented for the ITER relevant 170 GHz coaxial cavity gyrotron developed in Forschungszentrum Karlsruhe, Germany.     

INPUT COUPLER FOR Ka BAND TE021 CIRCULAR ELECTRIC MODE OPERATION IN A GYROKLYSTRON AMPLIFIER

An input coupler for the TE021 circular electric mode in a gyroklystron amplifier through using TEs11 as a transition coupling mode in a coaxial cavity has been proposed and numerically simulated in a frequency range of Ka-Band with HFSS code. The coupling efficiency of the TE021 mode and the suppression for the TE811 mode in the main cylindrical cavity are deliberately considered by adjusting the position and size of coupling holes as well as the radius of the drift tubes. The numerical results show that the TE021 mode can successfully be excited, and rational coupling efficiency and high mode purity for the TE021 mode in the cylindrical cavity can be reached for the engineering application of gyroklystron amplifier study.     

94GHz二次谐波回旋管波纹波导模式转换

在耦合波理论的基础上,详细讨论了3mm二次谐波渐变复合腔回旋管内置TE03—TE02—TE01模式转换器,并使模式转换器兼作回旋管的收集极.采用波纹波导结构和不同的相位重匹配技术进行优化分析,得到了可靠的最优几何参量.以此结果设计出了紧凑、高效的94GH z波纹波导模式转换器,并在回旋管的热测实验中测出模式样图.     

一种用于谐波倍增回旋放大器的耦合腔互作用电路

该文提出了一种用于回旋管放大器的新型耦合腔互作用电路模型。基于Ansoft HFSS高频计算软件,分析计算了矩形波导TE□10模输入,圆波导TE○01模输出模式转换系数随几何参数和工作频率的变化关系,讨论了结构变化对模式选择和抑制的作用。HFSS的模拟计算结果表明,对TE□10到TE○01转换,TE○01模能够稳定工作,且能量转换效率最大可以大于97%,－3dB带宽最大可以大于327MHz,是谐波倍增回旋行波放大器的一种可选输入耦合结构。     

三次谐波光子带隙谐振腔回旋管

分析了光子晶体谐振腔（PBGC）的模式选择功能,实现PBGC回旋管振荡器高阶电磁模与高次电子回旋模的有效耦合。通过对PBGC禁带特性的分析,定出了工作模式TE34模,并成功抑制了模式竞争。文中建立了PBGC回旋管的等效半径的概念,完成了自洽非线性理论和相关的计算机数值模拟程序。研究发现TE34模能有效地与电子的3次回旋谐波相互作用,其耦合频率为130.5GHz,并极大地降低了对工作磁场的要求。在考虑诸多物理因素影响的情况下,对该3次谐波PBGC回旋管振荡器进行了参数优化研究,得到了参数为：电压430kV、电流35A、磁场1.84T、输出功率1.75MW、互作用效率11.5%的3次谐波TE34模PBGC回旋管振荡器。     

140 GHz, TE22,6模式回旋振荡管高频谐振腔

通过数值计算方法,编程模拟了140 GHz, TE22,6模式回旋振荡管开放式缓变截面谐振腔的传播特性,计算出谐振腔的谐振频率和品质因数;利用CST软件对该高频谐振腔进行仿真计算,得到腔体内横截面的电场分布云图。通过实验和仿真软件得到的数据进行比较,两者有较好的一致性。测试结果表明,当磁场为5.48 T,电子注电流为28 A,电子注电压为68.6 kV时,TE22,6模式的平均输出功率为0.25 kW,峰值功率为0.56 MW。当磁场为5.68 T,电子注电流为27.6 A,电子注电压为69.12 kV时,回旋振荡管可同样工作于TE22,6,2模式,平均输出功率为0.21 kW,峰值功率为0.47 MW。     

Efficiency of a gyrotron operating in modes with axial index equal to two

The efficiency of a gyrotron operating in circular TE modes with axial index equal to two is presented as a function of the generalized parameters µ, F, and ?. The numerical results are valid for a wide range of operating conditions, including voltage, current, beam radius, cavity geometry and operating mode.