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．     

X 波段高功率连续波速调管设计

本文给出了X 波段250kW 连续波速调管电子枪及注-波互作用系统的设计。注-波互作用系统由6 个腔组成,一 维大信号程序计算结果表明互作用效率大于50%,增益大于50dB。设计的电子枪导流系数1.0μp,采用电磁线包聚焦系 统,优化计算得到电子注填充比0.6,电子注波动小于6%。     

P波段高效率多注速调管的设计与计算

为了减少大科学装置的能耗和运行成本,高能粒子加速器对微波功率源的效率提出了更高的要求。本文介绍了新设计的P波段0.9 MW多注速调管的研究进展。为了在较短的互作用长度下获得更高的效率,该速调管采用新电子注群聚方法-CSM。此P波段速调管采用6个电子注,电子注电压为62 kV,电子注总电流为18 A,阴极负载小于0.5 A/cm²。该速调管高频互作用系统包括7个谐振腔,其中包括一个二次谐波腔和一个三次谐波腔。仿真计算表明其输出功率可达0.9 MW,效率为80.6%,增益为40.6 dB,互作用长度为133 cm。文章给出了该多注速调管的设计模型和仿真结果,为今后设计高效率多注速调管提供了参考和借鉴。     

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.     

X波段100kW宽带大功率多注速调管

介绍了一种X波段宽带大功率多注速调管。该速调管工作于TM220高次模式,采用四组28个电子注栅控电子枪结构,为保证整管的输出带宽及增益采用多腔参差调谐结构高频段及多级滤波器输能系统,为实现满工作比7%工作采用电磁线包聚焦。测试结果其输出带宽达到300MHz,峰值输出功率达到100kW,平均输出功率达到7kW。     

FDTD方法及其在多注电子光学系统研究中的应用

采用时域有限差分(FDTD)方法对L波段100 kW多注速调管的单个电子枪进行三维模拟计算,通过设置最小网格尺寸和发射时间间隔,得出的电流和导流系数与采用EGUN等软件计算的结果相一致,通过从MAFIA中导入三维磁场数据,模拟了位于径向不同位置处电子注通道的电子轨迹,研究发现在磁场均匀性较好的情况下,位于径向不同位置处的电子轨迹相差很小,同时讨论了如何减少模拟时间的问题.本文最后计算了多个注的电子枪,求得了电流值和导流系数,从中导入数据可以分段模拟多注速调管高频互作用段的注波互作用,以及收集极区域的电子发散.     

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。     

S波段1MW多注速调管的研制进展

介绍了一种S波段多注速调管的研制进展.该管采用19注电子枪,工作电压34 kV,工作电流72 A,研制目标是在7％的相对带宽内输出1 MW脉冲功率,工作比2％.介绍了包括互作用段、电子枪、输出窗在内的主要部件和最终测试结果.     

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。     

Analysis and Numerical Calculations of the Beam-Wave Interaction for Gyroklystron Amplifiers

A four-cavity gyroklystron was designed and optimized after analysis and calculation of RF system and magnetron injection gun, numerical simulations showed that the TE₀₁₁ mode gyroklystron achieved 280kW peak output power, 38% efficiency, 35dB saturated gain with 250Mhz bandwidth centered at 34GHz for a 68 kV, 11A electron beam. The numerical simulation results were used to build a Ka band high power gyroklystron amplifier. In this paper, analysis and numerical calculation results of the beam-wave interaction are presented. The influences of electron beam, RF system parameters, magnetic field, and input RF signal on output power, efficiency, bandwidth and gain are discussed.     

基于Spindt冷阴极的行波管电子枪设计

针对X波段小型化Spindt冷阴极螺旋线行波管进行了电子枪设计。基于皮尔斯型电子枪结构,联合PPM高频聚焦系统,以电子注聚焦特性为优化目标,采用CST粒子工作室对电子枪结构和工作参数进行了优化设计,获得了30 mA工作电流下电子注填充比为0.68的良好电子注聚焦。在此电子枪结构和高频结构下,分析了特定电流下电子注聚焦与轴向磁场的关系以及特定磁场下电子注聚焦与工作电流的关系,研究结果表明,皮尔斯型电子枪结构实现电子注良好聚焦的电流密度阈值约为5 A/cm 2,为冷阴极行波管电子枪设计奠定了理论基础。     

X波段行波管阳极控制电子枪设计

大功率电子枪设计中的主要问题是如何构成强流电子束和使电子枪中电子束聚焦。利用差值计算的方法初步确定了电子枪几何尺寸参数,进而应用数值模拟的方法计算了电子枪的结构及束流特性,设计了应用于X波段连续波大功率行波管的阳极控制电子枪。该电子枪设计参数为：阳极调制,导流系数为0．44μP,射程大于37mm,注腰半径为1mm。结果表明,该电子枪可完全满足x波段连续波大功率行波管对互作用电子束的要求。     

毫米波带状注电子枪的设计方法

利用理论分析和仿真模拟相结合的方法对带状电子注的产生进行了系统的研究,并提出了一种带状注电子枪的设计方法.首先通过理论分析,提出了一种计算带状注电子枪结构参数的迭代算法,即根据注电压、注电流、电子注注腰处半厚度、阴极半厚度和阴极宽度,计算出带状注电子枪的阴极柱面半径、阴阳极间距、阳极柱面半径和射程等主要参数;在此基础上,通过仿真模拟,为毫米波真空电子器件设计了一种带状注电子枪.     

X 波段50MW 速调管电子光学系统的初步设计

：采用PIC 模拟程序对X 波段50MW 速调管的电子光学系统进行了初步的设计。设计的电子枪压缩比>120, 阴极发射电流密度均匀,电子注轨迹层流性良好。模拟设计的电子枪区最大场强达到27.8kV/mm,属于可以承受的范围。     

耦合腔行波管大信号注波互作用研究与设计

行波管中注波互作用的特点是电子的速度调制、群聚及其与高频场的能量转换等过程沿整个慢波结构连续且同时进行,这是行波管可以在很宽频带内得到大输出功率的原因。在研究冷腔特性的基础上,使用三维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用过程,完成了X波段连续波行波管的设计。设计参数:工作频率7.18.5GHz,带宽18%,最大输出功率3kW。     

Design of beam-wave interaction based on high efficiency of a high-power broadband klystron

The paper mainly presents the design of beam-wave interaction of a C-band high-peak- power high-efficiency broadband klystron. The beam-wave interaction section is designed based on considerations of efficiency and bandwidth synthetically. As a part of beam-wave interaction section, buncher section is simulated by Particle-In-Cell （PIC） code to observe the bunching process of electron beam to achieve high conversion efficiency of electron beam and RF field. When it comes to the other part, output circuit is designed as a three-section filter by an output cavity loaded with Chebyshev filter and the cold test results are given. The beam-wave interaction is simulated by EGUN code and Ar- senal-MSU code respectively. The simulated results indicated that, the existence of power dips in the operating bandwidth is verified by Arsenal-MSU code, comparing proper results by EGUN code. Then, the method that design parameters are not adjusted except parameters of buncher cavities to remove potential power dips is described. What is more, the simulated results of electron optics system are given by EGUN code and Arsenal-MSU code respectively. The further hot test results of klystron prove that the whole design of beam-wave interaction is effective.     

环形相对论电子注激励的等离子体介质切伦可夫脉塞

利用自洽线性场理论，考虑电子的三维扰动，分析了环形相对论电子注在填充背景等离子体的介质筒慢波波导产生的切伦可夫辐射，其环形电子注对主波互作用的作用完全要用一跳变条件来描述，导出了其色散方程和波波互作用的同步条件，求得了是子注产生的波增长率，分析了背景等离子体密度和电子注半径对波增长率的影响。     

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。