W波段带状注扩展互作用速调管三维MAGIC研究

带状注扩展互作用速调管通过采用宽高比值很大的带状电子注来降低空间电荷效应,采用多间隙结构来增加功率容量,是一种高频率、高功率的微波真空放大器件。本文利用CST Microwave Studio与MAGIC设计了2π模W波段带状注五间隙扩展互作用谐振腔,重点研究了五间隙谐振腔关键结构参数对谐振腔特性阻抗与谐振频率的影响,并对器件稳定性与带状注双腔速调管注波互作用特性进行了三维MAGIC仿真与分析。最后,在电子注电压为19.5 kV,电流为3.5 A时,获得大于8 kW的输出功率、23 dB左右的增益。     

双光栅绕射辐射器件中模式竞争问题的研究

对双光栅绕射辐射器件谐振系统的模式竞争特性进行了分析,研究了工作模式的主要竞争模式及其抑制措施。结果表明,双光栅绕射辐射器件工作模式的主要竞争模式为满足开放边界条件的光栅表面慢波模式,而减小电子通道宽度以及合理选择带状电子注的高度能够有效抑制竞争模式的振荡。     

108GHz双注折叠波导行波管电子光学系统设计

多电子注折叠波导行波管是一类重要的太赫兹源器件。作为真空器件的重要组成部分,电子光学系统对器件的性能有十分重要的影响。本文首先论述了横向场对电子注聚焦的影响,并讨论了使用传统周期永磁聚焦系统的困难。为了克服横向场的影响,文中给出了使用周期会切磁场(PCM)结构设计的双电子注电子光学系统,并且从PCM的空间场分布出发,从理论上说明了采用PCM结构聚焦平面分布的多电子注的可行性。之后对仿真结果进行参数扫描,分析了电极对电子注聚焦的影响、以及磁场分布对电子注聚焦的影响。说明了在多注情况下,电子注在不同平面的聚焦情况不同,电子注在4 cm的聚焦结构内能保持良好的聚焦。     

X波段带状注速调管注波互作用系统的3维PIC模拟

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.本文对工作在π模状态下的X波段带状注速调管三间隙腔进行了模拟计算,并对由该型腔体构成的注波互作用系统进行了3维PIC模拟,给出了初步的模拟设计结果.模拟结果表明:在电子注电压为415kV,电流为250A时,该速调管可以获得大于29.6MW的输出功率、34.3dB的增益以及29.6%的效率.     

多注集成带状注微波管电子光学传输特性研究

带状注在高频率、高功率、大电流密度等方面具有很好的前景,且其平面形的结构对于多注集成来说极具优势。为此该文选取了相对便于多注集成的均匀磁场、Wiggler磁场和周期会切(PCM)磁场,使用微波管模拟器套装的电子光学模拟器对带状电子注的传输特性进行了研究。结果表明:均匀磁场下带状注可以稳定传输最远;随着带状电子注电流密度的增大,相对不易获取的磁场结构依次是PCM磁场(最难获得)、Wiggler磁场和均匀磁场;Wiggler磁场相对而言,是比较便于工程应用,并保证电流密度较大带状电子注可以稳定传输的最好选择。给出了Wiggler磁场3×3多注集成的模拟结果,其电流密度为110 A/cm2,该Wiggler磁场结构的凹槽可以使带状电子注在传输过程中具有一定的聚束效果,对于约束互作用后的电子注将有良好的效果。     

均匀场聚焦带状注速调管电子光学系统的研究

本文系统地阐述了均匀场聚焦带状电子注的传输理论,设计了柱面阴极皮尔斯电子枪,模拟显示轨迹的层流性较好;设计了产生均匀磁场的磁聚焦结构,在1 m长的距离内,成功地实现了X波段100 MW带状电子注的稳定传输,电子注通过率达到100%;同时设计了收集极新型结构,给出了电子注在收集极内的发散情况。     

带状注矩形截面Cerenkov脉塞中注波互作用的研究

建立了带状注矩形截面Cerenkov脉塞中注波互作用的三维物理模型.采用保留金属格栅槽区内高次模式的方法,将电磁场表示为本征模级数和的形式,运用Borgnis函数法和场匹配法推导了注波互作用结构的混合模色散方程.通过数值计算,分析了热态下电子注电压、电流密度、电子注厚度以及电子注与金属格栅间隙距离等主要结构和电参数对互作用增益的影响.     

同轴结构8mm扩展互作用振荡器的分析研究

为了克服扩展互作用振荡器采用实心电子注输出功率受限制的问题,本文设计了一种新型的同轴毫米波扩展互作用振荡器。采用MAGIC粒子模拟软件分别对高频系统和电子枪进行了数值模拟,分析了聚焦磁场、电子注电流、电压和内导体半径等工作参数对输出功率的影响。根据获得的工作参数的优化值对整管性能进行了模拟分析,给出了电子轴向动量沿轴向的相空间分布图、高频电压时间曲线、幅频特性图和输出波导截面上功率流的时间曲线图。整管模拟结果表明,该器件在8mm波段能产生频谱特性良好、输出功率达14．5kW的微波输出。     

考虑电子注发射度的圆孔膜片透镜焦距

随着真空电子器件及所用电子注尺寸的减小,发射度效应成为器件设计过程中需要考虑的重要因素之一。圆孔膜片透镜是组成真空电子器件的一种基本元件,本文通过理论推导获得了考虑电子注发射度效应的圆孔膜片透镜焦距公式。首先基于圆孔膜片透镜电位分布,对透镜厚度进行了界定。随后利用透镜区电子注边缘电子的径向动力学方程推导了电子的傍轴轨迹方程,通过对该方程的数学变换获得了考虑电子注发射度效应的圆孔膜片透镜焦距公式。最后以平行圆柱流Pierce枪阳孔为例,分析了典型强流细束电子注不同导流系数、发射度和半径下透镜焦距的变化,与经验修正结果符合较好。     

利用电子注测量分析系统研究Ka波段空间行波管用双阳极电子枪性能

空间行波管的性能很大程度上依赖于电子枪的电子注,为获得实际的电子枪电子注分布参数,优化行波管电子光学系统,本文采用电子注测量分析系统对Ka波段空间行波管用双阳极电子枪进行了测量与分析实验,分别对该电子枪电子注导流系数、截面电流密度、射程、注腰半径以及发射度等参数随聚焦极偏压、灯丝热子功率的变化进行了仔细分析。将测试数据与制管实测结果以及MTSS软件优化设计结果进行比较,获得了较好的一致性。结果表明,电子注测量与分析数据对行波管实际制管与调试提供了良好的参考依据。