分布作用速调管大信号计算模型的研究

该文建立了分布作用速调管(EIK)注波互作用模拟的大信号计算模型。该模型基于1维电子圆盘模型,考虑了电子圆盘间的空间电荷力。在电子与高频场互作用计算中采用双间隙耦合腔等效电路方法,并在间隙阻抗矩阵的计算中考虑了耦合腔中每个间隙电子电导的影响。依据该模型编写了计算程序,并与MAGIC3D仿真结果进行了比较验证,结果相符合。该计算模型可以扩展到三间隙乃至更多间隙谐振腔的分布作用速调管注波互作用的大信号计算模拟中。     

W 波段带状注速调管注波互作用系统的研究

建立了带状注速调管的二维窄带宏粒子模型,自主开发出了二维非线性注波互作用程序SBK2D,对具有八个多间隙腔体的W波段带状注速调管注波互作用进行了初步分析,获得了输出峰值功率53kW、效率20%、增益38dB的结果.将计算结果与三维PIC软件仿真设计结果进行了比较,验证了SBK2D程序的有效性。     

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。     

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。     

Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的研究

应用自行编制的电子注-波互作用的自洽非线性模拟程序,我们对Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的注-波互作用进行了研究.通过对回旋速调管放大器的数值模拟,我们详细描述了二次谐波电子注-波互作用过程中电子群聚的物理图景;并研究了不同变化参数(漂移管长度和静磁场强度)对电子效率的影响.模拟结果表明:设计的二次谐波回旋速调管放大器的电子效率为15.4%,相应的输出功率约为161kW.     

W波段扩展互作用速调管的研究

扩展互作用速调管是在大功率速调管的基础上,采用扩展互作用谐振腔技术,扩展其瞬时工作带宽,在毫米波频段能够实现高功率、高效率、高增益和宽频带的一种紧凑型微波真空器件。本文基于空间电荷波理论对多间隙谐振腔电路进行了简要分析,采用PIC三维粒子模拟软件对高频互作用电路进行了粒子模拟与优化。在2π模式工作下,其工作电压为15 kV,电流为0.8 A,中心频率为94.5 GHz时,得到了效率大于8.4%,峰值功率超过2 kW的微波功率输出,-3 dB带宽为1 GHz,增益超过40 dB。该工作对研发高性能扩展互作用速调管,并推动其在国防安全、卫星监测、外层空间小目标跟踪、高分辨率雷达和精确气象监测等领域应用具有重要意义。     

220 GHz回旋速调管放大器互作用理论的研究

应用注波互作用非自洽非线性模拟程序,对220GHz回旋速调管放大器的注波互作用进行了研究;分析了工作电流、工作电压、直流磁场对电子注效率影响。模拟结果表明,设计出的双腔回旋速调管放大器的电子效率为48%,相应的输出功率为20 kW。     

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.     

8mm二次谐波回旋速调管放大器中电子注-波互作用的研究

应用粒子模拟软件对设计的二次谐波三腔回旋速调管放大器进行了数值模拟。分析讨论了二次谐波注-波互作用过程中电子群聚的物理图景和特点，并研究了电子注电流和归一化引导中心半径对电子注-波互作用效率的影响。模拟结果表明，本文设计的二次谐波三腔回旋速调管放大器在35GHz频率可获得约293kW的峰值输出功率和约28％的电子效率。     

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.     

超宽带多注速调管的模拟研究

本文介绍了多注速调管的发展历史和现状，以及速调管模拟软件的发展情况。用1．5维软件KIystron-MSU和2．5维软件Arsenal-MSU对超宽带多注速调管进行了设计计算，并对计算结果进行分析，得到了比较好的输出特性。计算结果表明可以实现该超宽带多注速调管，其带宽10-14％，增益40～50dB，效率40～50％。     

W 波段平面线形排列多注速调管谐振腔的研究

本文通过三维仿真软件CST-MSW 建立了W 波段平面线形排列多注速调管五间隙谐振腔的物理模型,分析了其 某些参数尺寸变化对场形的影响,并与带状注五间隙谐振腔相关特性进行了对比分析,验证了该模型相对于带状注速调 管谐振腔在场形稳定性方面的优点。该型谐振腔在传统带状注速调管谐振腔的基础上发展而来,在避免了带状注速调管 电子注传输过程中的缺陷的同时,又继承了带状注速调管相对于传统单注速调管的一些优点。     

一种新型S波段高平均功率宽带速调管

该文介绍了一种新型S波段高平均功率宽带速调管的主要设计思想、模拟计算结果和实验结果。文中提出了具有理想高频通过率的高平均功率宽带速调管电子光学系统的验证方法,以及联合使用2.5D Arsenal-MSN code和KLY6两种软件去除带内功率凹点和改善高频性能的方法。最终的实验测试结果表明,这些方法是有效的。     

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.     

新型电荷守恒算法在大规模粒子模拟中的应用

介绍了一种粒子沿折线(zigzag-line)运动的守恒型PIC算法在自编三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D中的实现与应用情况。相对于经典PIC算法,该算法不需要修正电场,可以避免大型矩阵求逆问题,使得程序鲁棒性更高;相对其他守恒型算法,该算法不需判断语句,代码执行效率更高,更适合大规模并行计算环境。通过与经典PIC算法对比,给出采用zigzag-line守恒型PIC算法的NEPTUNE3D程序对磁绝缘线振荡器天线一体化模型与太赫兹折叠波导行波管2个实际算例的验证测试结果、应用效果,结果表明:zigzag-line守恒型PIC算法模拟结果正确可靠,相对经典PIC算法,大大缩短了计算时间,显著提升了器件模拟设计效率。     

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。