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。     

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.     

X波段带状注速调管注波互作用系统的3维PIC模拟

带状注速调管是采用宽高比值很大的薄矩形注来降低空间电荷效应,采用特殊的高频结构来增加功率容量,从而使注波互作用效率得到提高的一种新型微波电真空器件.本文对工作在π模状态下的X波段带状注速调管三间隙腔进行了模拟计算,并对由该型腔体构成的注波互作用系统进行了3维PIC模拟,给出了初步的模拟设计结果.模拟结果表明:在电子注电压为415kV,电流为250A时,该速调管可以获得大于29.6MW的输出功率、34.3dB的增益以及29.6%的效率.     

W波段带状注扩展互作用速调管三维MAGIC研究

带状注扩展互作用速调管通过采用宽高比值很大的带状电子注来降低空间电荷效应,采用多间隙结构来增加功率容量,是一种高频率、高功率的微波真空放大器件。本文利用CST Microwave Studio与MAGIC设计了2π模W波段带状注五间隙扩展互作用谐振腔,重点研究了五间隙谐振腔关键结构参数对谐振腔特性阻抗与谐振频率的影响,并对器件稳定性与带状注双腔速调管注波互作用特性进行了三维MAGIC仿真与分析。最后,在电子注电压为19.5 kV,电流为3.5 A时,获得大于8 kW的输出功率、23 dB左右的增益。     

220 GHz三注折叠波导慢波电路的设计与仿真

本文设计了220 GHz三注折叠波导慢波电路,并对其放大特性进行了分析。利用等效电路法对慢波电路结构色散特性与轴向耦合阻抗进行了计算,并通过三维高频仿真软件HFSS进行了模拟验证。利用三维电磁仿真软件CST-PS的PIC求解器对该慢波结构的三维大信号的注波互作用进行了粒子仿真,结果表明:在工作中心频率为220 GHz时,三注折叠波导慢波电路输出功率达到49.7 W,增益达到了37.05 dB,3 dB带宽为13 GHz(212~225 GHz)。最后分析了边缘电子注的注电压和注电流的减小对该结构放大性的影响。     

螺旋线行波管的时域粒子模拟研究

基于粒子模拟技术研究了螺旋线行波管的时域非线性理论,慢波结构中的场通过螺旋带模型求解得到,并考虑了夹持杆和屏蔽桶的影响,推导得到了注-波互作用的动理学方程;聚焦磁场可以是直流磁场也可以是周期永磁场;用泊松方程求解得到空间电荷场;注-波互作用方程用MacCormack的差分格式进行计算。给出了时域计算得到的瞬态特性,并与基于一维Christine及三维Christine理论的计算结果进行了比较。     

DNP-NMR用263 GHz回旋振荡管高频系统的研究

根据动态核极化核磁共振(DNP-NMR)发展需要,对应用于400 MHz DNP-NMR的263 GHz回旋振荡管高频系统进行研究,通过非线性理论计算程序对其进行分析,给出了工作模式为TE03的高频系统的设计参数。并通过粒子模拟(PIC)软件进行注波互作用计算,结果表明,在工作电压10 kV,注电流0.2 A,电子注速度比为2.0时,设计的高频系统输出功率为460.2 W,效率达到23.1%,约1 GHz的调频率范围,可满足263 GHz整管参数设计要求,从而为DNP-NMR用回旋振荡管的研制打下技术基础。     

双电子注高次模折叠波导慢波结构注波互作用仿真分析

提出了一种工作于220 GHz的双电子注高次模折叠波导慢波结构,该结构由四段慢波线组成,各段之间通过衰减器进行连接。文章首先计算了该结构的色散特性,其次利用CST模拟软件对其注波互作用特性进行了仿真分析:该结构工作模输出信号稳定,增益为33.1 d B。最后讨论了在电子注直流发射模型中,能量离散、角度离散、电子注电压差异三个仿真参量改变时,输出信号增益随参量的变化关系。通过对参量变化的分析,希望为器件的制造提供参考。     

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。     

多间隙休斯结构耦合腔轴向电场分布的解析计算

在考虑相邻谐振腔间耦合作用对电场分布影响的基础上,分析了多间隙休斯结构耦合腔中存在模式电场分布的特点,采用双曲正割函数拟合代替传统无耦合单间隙腔中电场分布计算的高斯函数拟合,构建了多间隙耦合腔轴向电场分布函数计算的解析表达式。经不同几何参数和间隙数目耦合腔的仿真验证,电场分布解析计算结果与CST-MWS仿真结果具有好的一致性,对分布作用速调管注波互作用模拟和工程研制有益。     

X波段40 W高效率空间行波管螺旋慢波系统的模拟优化

为了提高X波段40 W空间行波管的互作用效率,本文通过计算机模拟对其慢波系统进行了模拟优化,获得了渐变螺距慢波系统的互作用效率和输出功率,并和样管的测试结果进行了比较。比较结果表明,互作用效率、输出功率的模拟优化结果和测试结果在频带内的相对误差分别小于5.7%和8.3%,二者取得了很好的一致。同时,样管在中心频率处的相移小于40°,表明慢波系统的线性良好。     

休斯型耦合腔慢波结构正向设计初步研究

针对高效率耦合腔行波管提出一种正向设计的初步方法,可根据设计指标对其慢波结构进行快速的定量设计.其设计思想是在满足带宽内的注波互作用同步条件的基础上,尽可能提高总阻抗.为此提出“带宽相速差之比”参量来描述带宽与同步的关系,并以此参量和Curnow等效电路模型分析了休斯型耦合腔慢波结构的各个参量变化对带宽和总阻抗的影响情况,从而建立慢波结构的正向设计过程;使用这种设计方法,针对给定的Ka波段的耦合腔行波管参数指标进行快速设计,设计结果基本满足指标要求.     

电感调谐无栅间隙双重入同轴谐振腔TM310模的研究

本文对无栅间隙双重入圆柱型同轴谐振腔的TM310模的场分布进行了研究。对无栅间隙双重入同轴腔中TM310模的场分布进行理论分析,得到最佳注波互作用的漂移管设置方式和高阶模TM310模场分布稳定的同轴腔结构,同时分析了电感调谐膜片影响TM310模场分布均匀性的原因。并利用三维电磁场软件对一个电感调谐同轴腔进行了数值模拟,研究了调谐膜片与外腔壁距离变化时,谐振腔内TM310模场分布的变化规律,得到了调谐膜片离原腔壁越近,场分布越均匀的结论。     

电感调谐无栅间隙双重人同轴谐振腔TM310模的研究

本文对无栅间隙双重入圆柱型同轴谐振腔的TM310模的场分布进行了研究。对无栅间隙双重入同轴腔中TM310模的场分布进行理论分析,得到最佳注波互作用的漂移管设置方式和高阶模TM310模场分布稳定的同轴腔结构,同时分析了电感调谐膜片影响TM310模场分布均匀性的原因。并利用三维电磁场软件对一个电感调谐同轴腔进行了数值模拟,研究了调谐膜片与外腔壁距离变化时,谐振腔内TM310模场分布的变化规律,得到了调谐膜片离原腔壁越近,场分布越均匀的结论。     

0.14 THz低电压扩展互作用速调管慢波谐振系统的研究

设计了一个在高效率、高频率、结构紧凑低磁场以及低电压工作等方面具有独特优势的0.14 THz扩展互作用速调管慢波谐振系统。针对该慢波谐振系统进行了色散曲线的仿真计算,在色散曲线与PIC仿真的基础上,对模式竞争进行了分析,选取了3π模为工作模式,并给予了论证。PIC仿真结果表明在较低工作电压18.2 k V,工作电流0.5 A的条件下,该谐振系统的注波互作用效率可达到22%,工作模式为3π模,输出峰值功率可达4.03 k W,工作频率为149.419 GHz。     

基于电子注嵌入光栅的0.55 THz返波振荡器的结构设计与注波互作用的分析

根据矩形栅慢波结构的色散公式初步确定各结构参数,并分析了各结构参数的变化对色散曲线的影响,用CST微波工作室仿真,计算并对比分析嵌入与未嵌入圆形电子注的高频特性的变化趋势,得出前者对应的色散曲线和耦合阻抗曲线要大于后者的结论。利用CST粒子工作室进行注波互作用模拟,权衡起振时间和输出功率关系,确定整管的仿真长度。研究了电子注嵌入深度、填充比、电流大小对输出功率的影响,优化结构参数,最终得到14. 6 W的稳定输出功率,与Magic计算出的结果相吻合。     

盘荷波导结构高频特性分析及其在高功率速调管中的应用

以周期边界法、谐振法以及微扰法分别对盘荷波导结构色散特性、耦合阻抗进行分析,研究了不同结构参数下盘荷波导结构高频特性的变化规律.设计了C波段π/2模速调管盘荷波导输出结构,对其注-波互作用开展了PIC粒子模拟.计算结果表明,相对于传统单间隙圆柱输出腔,盘荷波导输出结构可以在获得高效率的同时显著降低输出间隙场强.     

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。     

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.     

高效率双频段Ka/Q毫米波行波管螺旋慢波系统的研究

通过模拟计算,分析了翼片加载深度和角度对色散特性和耦合阻抗的影响;优化高频电路,初步设计了满足Ka/Q双频段螺旋线行波管的慢波结构。为了提高注波互作用电子效率,采用螺距渐变/跳变分布结构,并在输出段的相速增加段增加了一段凹槽。运用三维电磁场软件MTSS仿真行波管注波互作用,经过优化,得到了在Ka(33~36 GHz)频段范围内输出功率大于407 W,电子效率大于22.36%,增益大于48.32 d B,在Q(43.5~46.5 GHz)频段范围内输出功率大于266 W,电子效率大于15.86%,增益大于44.06 d B。