强流相对论电子束的纵向自群聚

当一束强流相对论电子束穿过一系列等距离排列的等电位导体,如导电或导电栅网时,由于空间电荷效应,将在纵向形成周期性空间电荷静电场,此民场将使强流相对论电子束纵向群聚,本文对这一非线性物理过程进行了理论和粒子模拟计算,基于此机理,有可能研制出一类新型的高功率微波器件。     

强流脉冲电子束特性对相对论速调管相位的影响分析

相位特性是强流相对论速调管放大器(RKA)的一个重要特征参数,而由高功率脉冲功率源产生的具有一定前沿的强流相对论电子束在驱动RKA时,会使得输出微波出现较大波动,影响RKA的输出微波相位稳定性及其应用.论文从强流脉冲电子束前沿分布状态出发,理论分析电子束前沿束流能量变化及其激励的腔体杂频对输出相位的影响,同时开展粒子模拟研究以及实验研究.研究结果表明:脉冲前沿段电子束能量变化将导致输出微波相位持续变化;此外,电子束前沿将激励杂模,导致输出微波相位在脉冲前沿段及平顶段初期持续抖动,在腔体参数一定条件下,脉冲前沿能量变化率越大,相位波动幅值越大,持续时间越长,通过减小杂频振荡频率处腔体的Q值可以有效缩短输出相位抖动时间,提高输出相位稳定性.     

强流相对论电子束在PPM系统中的传输特性研究

首先对强流相对论电子束在聚焦系统中的传输特性进行了理论分析,给出了束流参数与周期引导磁场峰值大小的关系,然后通过粒子仿真验证了理论分析的正确性,并得到了在一定的电压和通道半径条件下,周期永磁聚焦(PPM)系统能传输的电子束的最大电流。文章为强流相对论电子束周期永磁聚焦系统的设计提供了一定的参考。     

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．     

强流RKA 宽带研究

理论分析了影响相对论速调管（RKA）输出带宽的相关因素,同时采用粒子模拟程序分析了RKA 输出带宽随电 子束导流系数,电子束尺寸,中间腔及输出腔参数的关系。理论分析研究表明,输出频宽主要与输出腔入口处调制电流 以及输出腔Q 值有关。模拟中器件稳定工作的参数范围内,随着器件导流系数和输出腔谐振频率对输出带宽有一定影响; 中间腔谐振频率接近注入微波最佳工作频率时,频宽有最大值;电子束尺寸,中间腔以及输出腔渡越角对输出频宽影响 较小。     

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     

L波段相对论磁控管的初步试验

相对论磁控管具有高功率、高效率、运行稳定、低磁场、结构紧凑、适于永磁包装等优点,是高功率微波源研究的热点之一。在前期研究中,国防科技大学提出了一个具有全腔提取结构的L波段高效率相对论磁控管,本文介绍了其初步的实验进展。实验结果显示,在二极管电压为491kV、电流为5.5kA及磁场为0.25T的条件下,其输出微波功率为0.82 GW,微波频率为1.49 GHz,功率转换效率为30.4%。实验结果为进一步优化仿真、提高技术性能及推进应用打下了良好的基础。     

长脉冲高效率HPM源的新技术研究

本文综述作者在长脉冲高效率ＨＰＭ源新技术方面的研究成果。对强流相对论电子学的若干前沿领域进行了分析与评述，研究腔振荡器的主从锁相、互耦振荡器的等同锁相以及环形串接互耦振荡器、中心联结网状互耦振荡器的等同锁相的原理与方法，分析毫米波虚阴极器件的主从锁相与等同锁相，所进行的数值计算与分析相当吻合；研究一种新型的长脉冲空心阴极等离子体电子枪及其特性，该电子枪可产生长脉冲（》１μｓ）高电流密度（≥５０Ａ／ｃｍ２）电子注；分析一类新型的长脉冲、高效率ＨＰＭ源──等离子体辅助慢波振荡器的作用机理，关键技术及其实现途径，它不需外加磁场，具有长脉冲（》１μｓ）高效率（１５％～２５％）和高平均功率（＞１ｋＷ）的能力。     

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。     

基于热阴极的相对论返波管电子枪设计

近年来热阴极特别是钪系阴极得到充分发展,有望成为高功率微波的电子源。提出一种基于热阴极的新型“面包圈”式电子枪模型,以此电子枪作为相对论返波管的环形电子束发射源。通过仿真软件CST PARTICLE STUDIO对模型进行仿真验证,所得电子枪发射电流为786 A,阴极发射电流密度为30 A/cm2,电子束密度为305 A/cm2,电子通过率为99.9%。最后对热阴极在高功率微波器件中的应用进行了初步探索。     

影响相对论磁控管效率的因素分析

相对论磁控管与普通磁控管效率形成了极大的反差.本文依据打上阳极表面的电子流剩余能量,分析了同步速度、电子小回旋运动、层流厚度、回旋半径、空间直流电荷场与强高频场对效率的影响,并以经典的S波段A6相对论磁控管为例,数值比较了效率随以上各因素的变化,结果表明:强高频场影响是造成相对论磁控管效率低下的主要原因,此结论通过粒子模拟也得到了证实.     

高功率相对论磁控管注入式锁相条件的研究

在经典锁相理论Adler 条件基础上,考虑到相对论磁控管互作用空间内高度非线性的束波互作用,用粒子模拟方法得出了磁控管注入式锁相模型的注入比和频率差的参数区域图,研究了注入比和频率差对锁相的影响。模拟结果表明,在相对论磁控管的谐振频率为2.4667GHz 情况下,当注入比为0.25、频率差为35MHz 或20MHz、注入比为0.15 都可以实现稳定锁相。在此基础上对经典的Adler 条件引入了非线性参数修正,其取值与器件工作时的非线性程度有关,基于本文模型得到的非线性参数约为7,可见修正后的理论结果比经典理论结果允许有更大的锁相范围。     

宽带相对论速调管放大器输出腔模拟设计

为了展宽相对论速调管放大器的输出段带宽,设计了一种用于S 波段、10%带宽、相对论速调管放大器输出腔 结构。该结构采用重叠模双间隙腔,该腔有两个工作模式（0 模和π 模）。采用三维程序模拟分析发现：两个腔间的圆盘 半径增大时,0 模的谐频率几乎不变,π 模的谐振频率升高即模式间隔增大;当间隙长度增大时,模式间隔减小;当输出 耦合孔的角度在一定范围内由小变大时,模式间隔增大;输出腔半径增大时, 模式间隔减小。本文通过调节以上腔体尺寸 使两个工作模式的频率部分重合增加了输出腔的工作带宽。在束压850kV、束流7.6kA、基波调制深度为90%时、调制微 波频率为2.85GHz 时,采用三维PIC 程序模拟得到2GW 的输出微波功率,3dB 相对带宽约10%。     

同轴型相对论返波管的粒子模拟研究

本文提出和设计了一种Ｘ波段大直径同轴相对论返波管,同时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中ＴＭｏｎ模式的色散关系,耦合阻抗,运用粒子模拟程序仿真了器件中波互作用的非线性物理过程,预见了器件输出功率,效率,工作频率,并对器件功率与慢波结构尺寸,电子波束流参数,引导磁场强度之关系进行了优化分析。     

旭日型相对论磁控管的三维模拟

用两种3 维全电磁PIC 方法对10 腔旭日型相对论磁控管进行数值模拟。首先用MAGIC 对管子进行模拟,模拟结果表明：当工作电压为634 kV、磁场为0.53T 时,通过模拟该磁控管得到频率为2.6 GHz、平均功率为1.91GW的微波输出,平均效率为16.9 %。接着基于CHIPIC 平台进行模拟,通过与MAGIC 模拟结果进行对比,验证了CHIPIC在相对论磁控管中模拟的可行性,只是发现CHIPIC 在傅里叶变化命令设置上有些问题,需要进一步完善。     

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。