W波段回旋速调管放大器的优化设计与分析

在模式场匹配理论和注波互作用非线性理论的基础上,对TE01模W波段回旋速调管冷腔模型进行了模拟分析,通过分析结果建立了4腔高频系统粒子模拟模型,并对其注波互作用进行了详细分析、计算,优化得到在注电压为75kV,注电流为15A,磁场为3.29T,输入功率为72W,纵横速度比α为1.5时,输出功率为362kW,效率超过32%,增益为37dB的设计模型。     

同轴交错双栅行波管三维频域非线性注波互作用计算和比较

建立了同轴交错双栅行波管三维频域非线性注波互作用模型和公式。通过利用仿真软件求解渐变衰减材料对波的衰减特性,并与本文模型和公式结合编入非线性计算程序,使程序中对渐变/跳变衰减对注波互作用影响有更准确的求解。在小结构横截面保证商业软件计算容量允许条件下,比较了本文程序与仿真软件计算的注波互作用结果,并在相对大尺寸下设计了Ka波段同轴交错双栅行波管,以证实模型的合理性和在高频率产生高功率的可能性。     

同轴腔高功率多注速调管注-波互作用系统的模拟设计

以同轴腔高功率多注速调管为研究对象,以大信号程序KLY及PIC粒子模拟软件对其多电子注-波互作用系统开展了一维初始设计、二维等效设计及全三维模拟设计.通过采用二次谐波腔技术及参数优化,使同轴腔注-波互作用系统达到了70％以上的计算效率.与传统长漂移管方案注-波互作用系统相比,二次谐波腔方案不仅可以获得较高的注-波互作用效率,并且其系统长度可比传统方案缩短35％,有利于器件小型化.文中给出了以单通道圆柱腔代替多通道同轴腔的注-波互作用系统二维等效快速计算方法,与一维及三维计算结果的对比表明,这种方法具有较高的计算精度.     

多间隙耦合腔注波互作用计算分析

根据空间电荷波理论,利用微波等效传输线的概念,建立了多间隙耦合腔中注波互作用的小信号计算模型。同时,还基于电子圆盘模型,建立了相应的一维大信号计算模型。依据模型编写了计算机程序进行了计算模拟,结果显示,小信号模型能较好地反映整管的增益频率特性。一维大信号模型能合理地模拟注波互作用的基本物理过程。另外利用电路反馈的理论,分析了多间隙耦合腔的稳定性,并利用奈奎斯特稳定判据给出了耦合腔稳定条件。     

螺旋线行波管的粒子模拟研究

运用全电磁2.5维粒子模拟程序MAGIC,对螺旋线行波管中注-波互作用的非线性过程进行了模拟分析,得到了管子的功率、增益和效率等电性能参量,模拟结果与实测数据吻合良好。对整管长度、电子注电流、电压和聚焦磁场等量进行了优化,获得了管子最佳化运行的工作参数。     

成层介质中平面内自由波场的一维化时域算法

提出了一种弹性水平成层半空间中平面内波动斜入射时自由波场时域计算的一维化有限元方法。首先,基于弹性波在斜入射情形下的传播特点对计算区域进行自动虚拟网格划分。然后将集中质量有限元法和中心差分法相结合建立节点的二维运动方程组,并根据采用的离散化准则和显式有限元法的特点将其转化为一维方程组。求解此方程组,即得到自由场中竖向一列节点的运动。最后根据行波的传播规律得到全部自由波场。以P波为例给出了理论分析和数值算例。结果表明,该方法不仅简单实用,而且具有较高的精度和良好的稳定性。     

饱和两相介质近场波动问题的一种时域全显式数值计算方法

基于 u -p形式的饱和两相介质弹性波动方程,开展了饱和两相介质近场波动问题时域显式数值计算方法的研究。通过对波动方程中的质量矩阵和孔隙流体压缩矩阵进行对角化处理,消除了方程中的动力耦联,实现了波动方程的解耦。分别应用中心差分法和Newmark常平均加速度法求解固相位移和速度,基于向后差分法求解孔隙流体压力,推导得到了饱和两相介质动力响应的时域显式逐步积分的计算列式,建立了饱和两相介质近场波动问题的一种新的时域全显式数值计算方法。进行了该文方法中矩阵对角化合理性的验证。将该方法的数值解与相应的解析解进行对比,二者符合良好,验证了该方法的正确性。将该文建立的时域数值计算方法与透射人工边界方法相结合,应用于饱和两相介质的近场波动问题,进行了饱和土场地地震响应的计算研究,计算结果符合弹性波动理论的基本规律,表明该方法对于饱和两相介质近场波动问题时域计算求解的适用性。基于该方法中时域递推计算格式的传递矩阵,进行了该方法稳定性特性的研究。该文建立的数值计算方法具有时域全显式算法的基本特征。方法中对动力响应的全部分量均采用递推和迭代的模式进行求解,避免了求解耦联的动力方程组。该方法具有较高的计算效率,是进行饱和两相介质近场波动问题时域计算求解的一种有效的算法。     

带状注矩形截面Cerenkov脉塞中注波互作用的研究

建立了带状注矩形截面Cerenkov脉塞中注波互作用的三维物理模型.采用保留金属格栅槽区内高次模式的方法,将电磁场表示为本征模级数和的形式,运用Borgnis函数法和场匹配法推导了注波互作用结构的混合模色散方程.通过数值计算,分析了热态下电子注电压、电流密度、电子注厚度以及电子注与金属格栅间隙距离等主要结构和电参数对互作用增益的影响.     

Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的优化设计与分析

设计了一支Ka波段二次谐波回旋速调管放大器,并利用基于广义电报方程的时域自洽非线性理论模型,对设计的回旋速调管进行了数值模拟.详细分析了工作电流、横纵速度比和磁场等参数对放大器输出功率、增益和效率的影响,得到了最佳的工作参数.模拟结果表明,在电子注电压70kV,电流15 A,磁场0.675 T附近,可以获得大于250 kW的输出功率,近26％的效率和440 MHz的带宽.     

基于精细时程积分的u-p格式饱和两相介质动力问题的显-显式时域算法

时域算法的计算效率是求解实际非线性或大量自由度等工程问题最重要的影响因素,而显式算法是提高计算效率最有效的手段。针对u-p格式饱和两相介质动力方程,实现显-显式算法的必要前提是质量矩阵M和流体压缩矩阵S的对角化处理,且整体算法的计算精度和稳定性同样需要权衡。基于对角化的M和S矩阵,将高精度和稳定性的精细时程积分法应用于求解液相方程,并结合求解固、液两相动力方程的中心差分法,提出了一种新的显-显式的高效时域算法。理论分析和数值试验结果均说明提出方法具有良好的稳定性和较高的计算精度。