磁绝缘线振荡器的三维粒子模拟

用三维MAGIC数值模拟软件对一种特殊结构的磁绝缘线振荡器进行模拟，在二极管电压为506kV、电流为56kA时，在L波段获得了平均输出功率为2．78GW、工作主频为1．16GHz的微波输出，平均转换效率为9．8％，并研究了一些参数变化对微波输出的影响。     

新型电荷守恒算法在大规模粒子模拟中的应用

介绍了一种粒子沿折线(zigzag-line)运动的守恒型PIC算法在自编三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D中的实现与应用情况。相对于经典PIC算法,该算法不需要修正电场,可以避免大型矩阵求逆问题,使得程序鲁棒性更高;相对其他守恒型算法,该算法不需判断语句,代码执行效率更高,更适合大规模并行计算环境。通过与经典PIC算法对比,给出采用zigzag-line守恒型PIC算法的NEPTUNE3D程序对磁绝缘线振荡器天线一体化模型与太赫兹折叠波导行波管2个实际算例的验证测试结果、应用效果,结果表明:zigzag-line守恒型PIC算法模拟结果正确可靠,相对经典PIC算法,大大缩短了计算时间,显著提升了器件模拟设计效率。     

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%。     

带反射腔的双频相对论返波振荡器的粒子模拟研究

设计了一种带新型非对称反射腔的同轴相对论返波振荡器,实现了X波段的双频稳定输出。利用CHIPIC 2.5维粒子模拟软件进行粒子模拟研究。仿真结果表明,在强流电子束电压为480kV,电流为7.5kA,引导磁场为2.7T的条件下,得到稳定的双频输出,频率分别为8.7GHz,9.4GHz,平均功率800MW,效率22.2%。     

3cm双频高功率返波振荡器的粒子模拟研究

提出3cm双频两段式同轴相对论返波振荡器,用粒子模拟软件对其结构和电磁参数进行分析研究,优化得到的结构参数为第一、二段分别为10和4个周期数,周期长度分别为0.5cm、0.73cm,波纹幅值分别为0.13cm、0.21cm,平均半径2.9cm,同轴间隙为2.1cm。实验结果表明在环形相对论电子注电压为510kV,电流为9.4kA,引导磁场为0.7T的条件下,器件得到了3cm波段稳定的高功率双频微波输出,其平均功率约为0.75GW,平均功率效率为15.6%。     

X 波段衍射输出相对论磁控管的粒子模拟研究

：本文报道了一个X 波段18 腔衍射输出相对论磁控管的初步模拟研究结果。利用高频场分析软件和粒子模拟软件, 通过分析和优化器件的结构参数,合理选取电磁场取值大小,最终得到：在二极管电压350 kV,外加磁场0.41T 条件下, 可以得到输出功率1.09 GW、功率转换效率为22%、频率9.59GHz 的微波。     

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.     

相对论扩展互作用腔振荡器重复 频率稳定运行研究

 分析了相对论扩展互作用腔振荡器(Relativistic Extended Interaction Cavity Oscillator)初次实验中存在的模式竞争和重复频率运行不稳定等问题.通过改进扩展互作用腔振荡器的长度,抑制了模式竞争问题;优化设计和选择了三轴提取腔和收集极结构与材料,解决了重复脉冲REICO的高功率稳定运行问题,减轻了脉冲缩短问题,稳定运行重频从15Hz提高到100Hz,辐射微波脉宽由20ns增加到38ns.采用900kV/16kA/45ns的电子束驱动REICO,实现了峰值功率4.1GW、频率2.85GHz、脉宽38ns、重频100Hz的辐射微波稳定输出,功率效率26％,能量效率22％,辐射微波平均功率16kW.     

一种复合腔回旋管注波互作用的数值模拟和分析

该文基于电磁粒子模拟技术,对一种Ka波段基波渐变复合腔回旋管振荡器的注波互作用过程进行了详细的模拟计算,分析了腔体几何参数、电子注半径、工作电流及工作磁场变化对互作用效率的影响,讨论了工作模式的稳定性。模拟结果表明,适当选择上述参数,在70kV,17A及速度比1.5的电子注推动下,平均功率可达716kW,互作用效率大于60%,且工作稳定。     

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%。     

基于三波相互作用的等离子体变频技术的粒子模拟

采用等离子体粒子模拟方法,探索无界漂移等离子体中空间电荷波与电磁波所发生的非线性波一波相互作用,对应用这一相互作用过程所产生的散射波的频移特性,寻找产生最大限度频移的散射波物理途径以及实现这一过程对等离子体参数的技术要求。详细讨论等离子体影响散射电磁波频率特性的物理因素及产生隐身的原因。