X 波段50MW 高功率速调管注波互作用系统的研究

高功率X 波段速调管必须依靠高性能的注波互作用段来实现,互作用段的作用是使入射的连续电子注逐步 转化为分离的群聚块,之后在通过输出腔的过程中,间隙电场使群聚块减速将电子的动能转化为微波能量向外输出。 速调管的注波互作用段由一组性能参数各不相同的谐振腔组成,各腔的谐振频率、品质因数、特性阻抗以及沿轴线的 分布位置等均对整管的效率、增益和输出功率有直接的影响。我们首先使用基于圆环模型的2.5 维注波互作用程序通 过反复优化找到了一组基本参数,随后在CST 中建立了三维仿真模型对该结构进行了验算,实际计算表明在电子注 电压和电流分别为440kV 和350A 时,速调管的输出功率大于50MW,所得结果满足设计要求。     

带状电子注在周期磁场中传输的稳定性

在理论分析的基础上,对带状注在周期磁场中传输的单平面聚焦稳定性进行了数值计算和PIC 程序模拟,验证了带状注在周期磁场中长距离传输的稳定性条件,详细分析了聚焦磁场周期长度对束流稳定性的影响,从而表明Wiggler聚焦磁场适于直流电压较高的束流,小周期长度的聚焦结构要求精确的机械制造。为接近真实的情形,设定漂移管和电子注的横向尺寸有限,而聚焦结构无限宽。本文的理论和仿真研究为设计中采用合适的周期聚焦结构,选用合适的设计参数提供了依据。     

带状电子注空间电荷场的格林函数法求解

带状电子注具有非轴对称性和大宽高比的特性,为了研究其空间电荷效应,本文建立了相应的二维宏粒子物理模型,并通过格林函数法求解带状电子注内的空间电荷力。在该模型中,带状电子注用一系列窄带代替,每个窄带受到的空间电荷力通过叠加其它窄带作用于该窄带的电场力得到。本文对该窄带模型进行了详细的分析,计算了电子注内的空间电荷力,编写了基于该模型的数值模拟程序,模拟了带状电子注在不同静电磁约束下的运动及传输情况,计算结果与三维PIC 软件有很好的一致性,验证了基于该二维宏粒子模型的格林函数法求解带状电子注空间电荷场的合理性和准确性。     

X 波段带状电子注速调管电子枪组件热分析

使用ANSYS 仿真和热膨胀实验的方法进行了X 波段带状电子注速调管电子枪组件热分析,计算了电子枪组件的热分布和热形变,在动态实验台上完成聚束极阴极组件的热膨胀实验,将仿真和实验相验证得到了满足工程设计要求的重要热力学数据,为X 波段带状电子注速调管电子枪结构的精确设计、优化和实际制管提供了依据。     

X 波段高功率带状注速调管电子枪的研制

介绍了为新型高功率速调管研制的能产生矩形截面束流的带状注电子枪,其设计工作电压300kV,工作电流330A,导流系数约2.0μp,矩形柱面阴极100mm×40mm,经一维压缩形成的束流截面尺寸为100mm×8mm,电子注的层流性较好。按照设计值制成了带状注电子枪密封管并对其性能进行了测试,初步的实验结果表明电子枪的电性能指标达到了设计要求。     

带状注速调管单端口输入腔的场形平衡方法

对X波段带状注速调管单端口输入腔中间隙纵向电场(电子注方向)的场形平衡问题进行了研究.通过在另一侧腔体外加载封闭波导,使其内部的电场场形可以在一定范围内进行调整.这种方法简化了驱动装置,并能避免双端口激励方法中输入信号相位不一致引起场形失衡的问题.使用CST软件进行模拟计算获得了较好的优化结果,随后为验证该方法的有效性,使用加工的冷测模型对单端口耦合的输入腔进行了测试,实验结果表明:加载平衡波导可以有效的改善场分布,此外,通过改变调谐钉深度和加载波导侧的耦合孔尺寸对场分布也有明显的调节作用.     

W波段带状注扩展互作用速调管注波互作用系统

对W波段带状注五间隙耦合腔的高频结构进行了设计与分析,以一个五间隙耦合腔作为输入腔,一个五间隙耦合腔作为输出腔,构成了W波段SBEIK的注波互作用系统,利用CST粒子工作室对整个注波互作用系统进行了三维计算模拟,并用Magic 3D对注波互作用计算进行了验证,结果表明两种PIC软件的计算结果基本一致.该SBEIK在电子注电压为75 k V、电流为4 A条件下,仅用两个腔体在W波段实现了高于24 d B的增益,为下一步高增益、高效率、小型化、紧凑型SBEIK的设计奠定了坚实的基础.     

X波段同轴腔多注速调管的研究

开展了具有同轴谐振腔互作用电路和双模工作杆控电子枪的X波段同轴腔双模多注速调管的研究工作．结合数值计算和冷测实验，对工作于TM310高次模的同轴谐振腔模式分布和特性参数进行研究，获得了可满足多注速调管要求的谐振腔特性阻抗和良好的模式稳定性．采用具有双控制极的新型杆控多注电子枪及电子光学系统，可使多注速调管具有双模的新工作特性，通过数值模拟获得了优化的几何参数和具有良好层流性和波动性的空心多电子注．对采用6个电子注和5个谐振腔的X波段多注速调管进行了注波互作用大信号计算，结果表明当电子注电压为21．5kV，脉冲电流为14．4A时，可在30MHz频带范围内获得的100kW左右的脉冲输出功率，互作用效率大于30％，增益大于36dB．     

强耦合式带状注速调管多间隙输出腔的设计

提出了一种强耦合式带状注速调管多间隙输出腔, 并将之应用于Ka波段带状注速调管输出腔的设计. 此设计可以获得更好的输出耦合特性和理想的场形. 更重要的是, 这种结构的漂移管允许被设计为对工作频率的截止状态, 从而可以获得更理想的电场场形以利于注波互作用. 从表面电流的角度分析了这种设计的理论依据. 通过使用粒子模拟软件进行仿真, 在中心频率获得了稳定的功率输出, 互作用效率达到50%以上, 3dB带宽约75MHz.     

基于二维窄带宏粒子模型的带状电子注传输研究

带状电子注具有非轴对称性和大宽高比的特性,非常适合应用于高功率微波与毫米波真空电子器件电子注形成。该文针对带状电子注的这种特性,建立了2维窄带宏粒子模型,编写了静电磁约束下带状电子注传输过程的分析计算程序,讨论了无外加高频场时带状电子注在均匀磁场和周期会切磁场聚焦情况下的传输过程,数值计算结果与单粒子模型及3维PIC软件模拟结果进行了比较,结果表明,该文编写程序的计算结果与3维PIC软件的有很好的一致性,且计算速率有大幅度提升。