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.     

W 波段带状注速调管注波互作用系统的研究

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。本文基于PIC 粒子模拟软件,建立了专门用于计算带状注速调管注波互作用过程的三维设计平台,并应用该平台完成了W 波段带状注速调管注波互作用系统的初步设计,获得了清晰的物理图像和具有参考意义的模拟设计结果。模拟结果表明,在电子注电压为140 kV,电流为15 A 时,该速调管可以获得大于573 kW 的输出功率、27.8 dB 的增益和大于27.3%的效率。     

W波段带状注速调管多间隙腔高频结构及其特性

通过对W波段带状注速调管的哑铃型谐振腔特性进行分析,利用三维高频仿真设计软件CST-MSW建立了单间隙、三间隙、五间隙腔的物理模型,详细分析了不同结构尺寸对于高频系统相关冷参数的影响,优化得到了相应的高频结构及其特性参数,以此作为开发的二维注波互作用程序SBK.2D快速计算的高频输入参数.同时,为了结合注波互作用系统的热参数三维仿真设计,采用MAGIC-3D对多间隙腔的高频特性及参数进行了仿真计算,得到的结果与CST冷参数设计基本一致,为W波段带状注速调管注波互作用系统的设计提供了重要参数和依据.     

带状注速调管谐振腔的模拟研究

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。本文对带状注速调管的谐振腔进行研究,通过三维电磁模拟软件分别对单间隙和多间隙谐振腔的频率特性进行了计算,并对其进行了分析和讨论。     

太赫兹带状注器件

带状注是指束流截面近似为矩形或椭圆形的电子注,且具有大的宽高比。相对于传统的圆形注,带状注具有很多优点,例如大电流和大互作用面积等。由于太赫兹波具有高频率、宽频带、高传输速率等优点,因此太赫兹科学与技术近年来发展迅速。作为一种新型的真空电子器件,太赫兹带状注器件在高功率、高增益、高效率及小型化方面具有良好的技术优势。但是,带状注在传输过程中易出现Diocotron不稳定性,难以保持长距离稳定的聚焦传输,从而导致带状注的技术优势难以发挥。本文综述了带状注的产生成形方式和聚焦传输方法,以及太赫兹带状注器件的研究进展,同时讨论了它所面临的挑战和未来的发展方向。     

５００ ｋＷ 四极电子管栅极组件热分析与结构优化

四极电子管可以作为射频四级场(Radio Frequency Quadrupole, RFQ)加速器的射频功率源,而阴极和栅极作为四极电子管的关键电极,其结构参数直接影响四极电子管的输出功率和增益等主要性能参数。本文利用有限元分析软件ANSYS,对RF频率为195-600MHz、输出功率为500kW的四极电子管的栅极等关键部件进行了热分析计算。为模拟工作状态,首先施加阴极组件给定的功率,观测阴极和栅极组件的温度分布情况,然后进行抑制栅极散热翼片的结构优化与设计,仿真结果显示：栅极最高温度从289.29oC下降至268.21oC,达到优化抑制栅极的散热效果,并使用ANSYS的热-结构联合模块对其进行耦合计算分析,验证了优化后栅极结构的可行性,改善了四极管的散热需求,从而保证四极管能在合适的工作温度下稳定运行。     

基于新型多间隙谐振腔的W波段高次模式扩展互作用速调管设计（英文）

提出了一种工作在TM310模式下的用于高次模式速调管的新型谐振腔。通过对侧腔电场的离散化,可以有效地增强中间腔和侧腔的电场。当两腔均工作在TM310模式时,新型谐振腔的特性阻抗均高于传统的哑铃型腔。对两种腔体进行了尺寸敏感性分析。在此基础上,设计了一个W频段的射频电路。当向射频电路注入45 mW的输入功率时,获得了52.4 dB的高增益和7.8 kW的峰值输出功率。互作用电路由25 kV、2 A的圆形电子注驱动。该互作用电路的电子效率和3-dB带宽分别为15.6%和120 MHz。     

单向活门充气振动的建模与仿真

为了解决单向活门在充气过程中出现的振动和啸叫现象,该文通过对单向活门充气系统的流体模型和热力学模型进行分析,在详细的数学公式推导上建立其数学模型.采用四阶隆格-库塔算法,将其数学模型转换为可仿真的离散模型,并利用MATLAB仿真软件对其动态性能进行了仿真.通过修改模型的结构参数,对仿真曲线分析,得知单向活门的结构参数对其充气振动的影响.通过对影响充气振动的各个参数的综合分析,最终认为振动的原因是在充气过程中气体流经单向活门时扰动频率与阀芯-弹簧系统的固有频率接近或者一致所致.该仿真对减弱甚至消除单向活门振动具有一定的指导意义.     

W 波段带状注速调管准光输出结构的研究

研究了一种新型的带状注速调管多间隙输出结构——准光输出腔。通过电场均匀性,双端口腔外Q 值的计 算以及参数敏感性几个方面的研究,分析了其设计和性能。结果表明,相对于传统的多间隙输出结构,准光输出腔电 场均匀性更好、设计更为灵活,并且电性能对耦合孔尺寸的敏感性更低,这使得准光输出腔在面对工程中产生的误差 时性能更为稳定。对具体设计的W 波段五间隙准光输出腔,采用三维MAGIC 模拟检验了其功率提取能力、效率以 及带宽,结果显示：可以获得40kW 的功率输出,相应于14%的互作用效率,3dB 带宽达到150MHz。研究表明,准 光输出腔非常适合作为带状注速调管（一种窄带高功率放大器）的输出电路。