W波段低电压三次谐波回旋振荡管

回旋振荡管采用三次谐波工作方式的互作用磁场只有基波状态磁场的三分之一,可有效降低设计难度,具有广阔的应用前景。通过对三段式单腔结构的耦合系数、起振电流、高频场分布、模式竞争以及注波互作用研究,确定了工作模式为TE03的W波段低电压三次谐波回旋振荡管的基本工作参数;通过粒子模拟软件(PIC)模拟分析,在电子注电压、注电流及速度比分别为35 kV、4 A和1.6时,在93.7 GHz频点处获得15.57 kW的输出功率,效率约11.1%,且该管可在此工作模式下稳定工作。     

Ka波段二次谐波回旋行波管放大器的研究

二次谐波回旋行波管放大器的互作用磁场比基波回旋行波管放大器的磁场降低了一半,从而降低了设计难度,具有广阔的应用前景。通过对周期介质加载结构的Ka波段二次谐波回旋行波管电子枪、高频结构、模式竞争以及注波互作用研究,确定了Ka波段TE02模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数,通过PIC模拟计算,在电子注电压为90 kV,注电流为25 A时,获得了大于200 kW的输出功率,超过40 dB的增益。     

W 波段低电压回旋振荡管的研究

文中通过对复合腔结构的W 波段二次谐波回旋振荡管高频结构、起振电流、模式竞争及注波互作用研究, 确定了工作模式为TE02-TE03 的W 波段低电压二次谐波回旋振荡管的基本工作参数。粒子模拟表明,应用25kV,4A, v⊥/v‖=1.6 的双阳极磁控注入枪时,该管能够在94GHz 频率产生26.6kW 的峰值输出功率,高于26%的效率。并且结果 表明,该管在该工作模式下工作稳定。     

W波段二次谐波回旋行波管放大器

采用谐波工作的回旋管互作用磁场比基波磁场降低了1/s,可降低整管磁场设计难度,具有较大的应用前景。通过对W波段二次谐波回旋行波管高频介质加载结构、模式竞争和注波互作用研究,确定了该放大器的工作参数。非线性模拟表明,当应用100 kV,20 A,α=1.2的电子注时,该回旋管可在91 GHz频率处产生465 kW的输出功率和49 dB的增益结果。并且,基于耦合波理论,讨论了一个轴对称半径微扰的TE02~TE01输出模式变换器,效率在95%以上时,其带宽达到4 GHz。     

W波段三次谐波回旋振荡管的模拟与设计

研究了影响毫米波谐波回旋管互作用效率的多个因素,通过采用三次谐波工作,94 GHz回旋管的工作磁场降低到了1.185 T,使采用永磁体取代超导磁体成为可能.利用自洽非线性计算和粒子模拟研究了回旋振荡管的注-波互作用过程,发现了腔体品质因数与互作用效率的内在联系,研究了工作电压和电子注横纵速率比对耦合强度的影响,考虑了磁场渐变及电子注速度离散对互作用效率的影响,通过选择合理的工作模式和系统参数,当工作电压为40 kV、工作电流为12 A、电子注横向速度离散为3%时获得了95 kW的输出功率及19.7%的效率.当采用单级降压收集极后,效率可以进一步提高到39.2%.     

新型高效率二次谐波宽带可调复合互作用回旋管

该文利用回旋管注-波模式耦合理论,提出了返波振荡-速调群聚-行波放大复合互作用回旋管工作原理。理论分析表明,Ka波段二次谐波连续磁调谐复合互作用回旋管的工作效率高达40%,磁调谐带宽为10%。利用该复合互作用工作原理,回旋管振荡器可实现毫米波电磁辐射源的高效率、高功率输出及宽频带连续磁调谐。     

W波段二次谐波回旋振荡器

针对谐波回旋管互作用效率低的问题, 以自洽非线性理论为基本工具, 系统地分析了三个关键因素, 即互作用腔体长度(Q值)、电子注的横纵速度比和工作电压对二次谐波互作用系统性能的影响.研究发现当工作磁场选择在硬激发区时, 通过综合调节电子注的横纵速度比和工作电压能够获得较高的互作用效率.基于自洽非线性理论优化设计了一个W波段二次谐波回旋振荡器, 粒子模拟(PIC)结果显示当电子注速度离散３％, 工作电压37 kV, 电流4 A时, 输出效率达到了39.5%.     

高次谐波太赫兹回旋管的多模工作研究

为了发展大功率、实用性强的太赫兹辐射源,文中对太赫兹回旋管中多个二次谐波工作模式的注波互作用进行了理论和实验研究,分析不同参数下多个二次谐波工作模式单模振荡的条件.实验研究结果表明,在二次谐波工作状态下,通过调节工作磁场、电流等参数,在单管中实现了四个不同频率0.391、0.404、0.416、0.423 THz,千瓦级以上输出功率的太赫兹波辐射.     

周期介质加载大轨道回旋行波管研究

通过耦合系数、模式竞争和起振条件分析谐波状态下采用大回旋电子注周期性介质加载结构的注波互作用特点,并通过理论分析和PIC粒子模拟,优化设计出一支Ka波段大回旋电子注回旋行波管。该回旋行波管处于二次谐波工作状态,互作用结构采用周期性介质加载结构,结构简单,工艺成熟。仿真结果表明,在电子注为75 kV、电流为9 A、磁场强度仅为0.51 T的工作条件下,所设计的回旋行波管最大输出功率达到了156 kW,3 dB带宽为4.4 GHz,最大增益为47.18 dB,磁场用常规电磁线圈磁体产生即可达到要求。     

0.5THz二次谐波同轴回旋管的设计

二次谐波回旋管所需磁场仅为基模的一半,极大地降低了对工作磁场的要求.基于回旋管线性和自洽非线性理论设计了一只0.5 THz回旋管,采用TE56模为工作模式,分析了多项关键参数对注波互作用效率的影响,当其工作电压为49 kV,工作电流为5A,工作磁场为时9.94 T,效率为22.52％,输出功率可达55 kW.     

BEAM-WAVE INTERACTION ANALYSIS IN THE COUPLED DOUBLE CAVITY GYROTRON OSCILLATOR

general equation of electron-wave synchronous interaction is obtained in gyrotron oscillator,in which the effects of guiding center drift and phase of RF field profile is considered.The interactionefficiency is calculated for the second harmonic operation of single TE_(021) mode for a double cavity gyrotronoscillator model,in which the RF field profile and operating parameters of the gyrotron oscillator areregulated in order to get optimum efficiency.It is shown that the efficiency of 53 percent can be obtained for a=1.5.The characteristic of the double cavity configuration is discussed.The bunching processes of thedouble cavities are compared with that of single cavity.The effects of guiding center drift and RF field profilephase on the beam-wave interaction are analysed.     

耦合双腔回旋管的束波互作用分析

本文导出了回旋管中电子与高频场同步互作用方程的普遍形式,考虑了导引中心漂移和场分布相位变化的影响,利用一个双腔回旋管模型,通过调节场分布f(z),计算了TE021模二次谐波单模工作时的互作用效率。计算表明,对=1.5,效率可高达53％。我们还讨论了双腔结构的特点;对单、双腔电子群聚过程进行了比较;分析了导引中心漂移和场分布相位对互作用的影响。     

小回旋三次谐波0.52 THz回旋管

为了发展大功率高效率太赫兹辐射源,对小回旋电子注激励三次谐波太赫兹电子回旋脉塞进行了研究,分析了不同参数情况下的模式竞争.研究结果表明,采用近轴小回旋电子注能够实现三次谐波单模振荡.在此基础上设计了一只0.52 THz、TE37模三次谐波回旋管,数值计算表明,该回旋管在工作磁场为6.98 T下输出功率可以达到3.7 kW.对产生近轴小回旋电子注的高磁压缩比磁控注入式电子光学系统进行的粒子模拟研究结果表明,该电子枪能够产生满足实验要求的65 kV/2.5 A,横纵速度比为1.24,引导中心半径0.35 mm的小回旋电子注,其纵向速度离散6.6%,横向速度离散6.1%.     

Mode Competition and Self-Consistent Simulation of a Second Harmonic Gyrotron Oscillator

A nonlinear numerical simulation of a second harmonic gyrotron oscillator is presented in this paper. Mode competition from a competing fundamental mode is investigated. In addition, a self-consistent nonlinear theoretical model, including the effect of velocity spread, is applied to analyze the second harmonic gyrotron. A series of numerical calculations is carried out for different electron beam parameters. The results are compared with that of calculations using the cold-cavity, fixed field approximation and with experiments. Good agreement is found between our calculations and an experiment at Fukui University. The azimuthal polarization of the field and the choice of the electron beam radius are also discussed.     

Measurement of frequency shift in a gyrotron oscillator

A ballistic model of the interaction mechanism in gyrotron amplifiers and oscillators has been discussed in prior communications. It is the objective of the present contribution to support such purely theoretical investigations with some experimental evidence. In this connection it has been decided to measure the output frequency of a gyrotron oscillator and note its shift from the resonance frequency of the cavity when ‘cold’. According to the ballistic interaction model the frequency shift is a function of the beam current, the anode voltage and the axial magnetic field. It is shown that, except for a single parameter which depends on the exact value of the electromagnetic energy stored in the cavity, reasonable agreement can be achieved between theoretical predictions and the corresponding experimental results. A single-cavity gyrotron oscillator operating in a TE₀₂ mode has been used in the investigations.     

94GHz连续波40kW回旋振荡管高频系统的设计

W波段的高功率连续波回旋管振荡器在毫米波非致命武器等领域有着重要的应用。该文首先通过起振电流的计算,确定了工作模式,继而利用自行开发的自洽非线性计算程序GYROSC对工作在94GHz频率的连续波回旋振荡管高频系统进行了模拟计算和优化设计。结果表明,设计的W波段连续波回旋管可获得输出功率40kW,电子效率大于30%。     

Cyclotron Maser and Peniotron-Like Instabilities in a Whispering Gallery Mode Gyrotron

The efficiency of the mth harmonic electron cyclotron maser interaction for a TE/sub mn1/ gyrotron oscillator is compared with the (m-1)th harmonic peniotron-like interaction. Identical cavities and electron beams are used. Start oscillation conditions from weak-field linear theory are given, as well as optimized nonlinear efficiencies. The peniotron-like interaction leads to optimized efficiencies of /spl lsim/= 65 percent, while those for the electron cyclotron maser interaction are limited to /spl lsim/=25 percent in the cases studied.     

一种用于谐波倍增回旋放大器的耦合腔互作用电路

该文提出了一种用于回旋管放大器的新型耦合腔互作用电路模型。基于Ansoft HFSS高频计算软件,分析计算了矩形波导TE□10模输入,圆波导TE○01模输出模式转换系数随几何参数和工作频率的变化关系,讨论了结构变化对模式选择和抑制的作用。HFSS的模拟计算结果表明,对TE□10到TE○01转换,TE○01模能够稳定工作,且能量转换效率最大可以大于97%,－3dB带宽最大可以大于327MHz,是谐波倍增回旋行波放大器的一种可选输入耦合结构。