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品质因数对TM_(02)模相对论返波管工作模式影响
1
作者 李雨晴 王洪广 +4 位作者 翟永贵 杨文晋 王玥 李韵 李永东 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期177-187,共11页
结合理论分析和数值模拟,研究了TM_(02)模过模结构相对论返波管的模式竞争机制.理论推导得到波纹波导中混合模式与圆波导中对应模式的近似关系,以近似模式作为波导输入来计算包含的高频结构S11参数曲线,分析各模式的品质因数.三维粒子... 结合理论分析和数值模拟,研究了TM_(02)模过模结构相对论返波管的模式竞争机制.理论推导得到波纹波导中混合模式与圆波导中对应模式的近似关系,以近似模式作为波导输入来计算包含的高频结构S11参数曲线,分析各模式的品质因数.三维粒子模拟结果显示,当TM_(02)模式的耦合阻抗优势明显时,束波作用点基本不受两端反射影响,输出的其他模式微波主要是由互作用模式转换而来;当耦合阻抗优势不明显时,品质因数的改变会影响束波相互作用,起振模式随之变化.各模式群速度接近时,谐振对工作模式的影响的实质是末端反射主导下的品质因数对模式的影响.品质因数和耦合阻抗对返波管工作模式的共同作用为在输出模式稳定的前提下优化输出功率、降低磁场提供了更大空间,使用多目标优化设计算法对相对论返波管进行优化,最终三维模拟得到的返波管输出功率达到534 MW,TM_(02)模式输出功率占比94.95%. 展开更多
关键词 相对论返波管 模式竞争 非轴对称模式 粒子模拟
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带双腔反射器的X波段低磁场过模相对论返波管振荡器
2
作者 左靖凡 李士锋 +3 位作者 吴洋 黄华 孙利民 宋法伦 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期59-64,共6页
提出了一种X波段过模低磁场高效率相对论返波管振荡器(RBWO),其主要结构包括一个双谐振腔反射器、一个周期性慢波结构和一个插入式同轴内导体模式选择器。该RBWO采用了过模结构,较大的过模比带来了更高的功率容量。慢波结构分为空心与... 提出了一种X波段过模低磁场高效率相对论返波管振荡器(RBWO),其主要结构包括一个双谐振腔反射器、一个周期性慢波结构和一个插入式同轴内导体模式选择器。该RBWO采用了过模结构,较大的过模比带来了更高的功率容量。慢波结构分为空心与同轴两部分,插入同轴避免了高阶模式的竞争,使两段慢波结构分别工作在TM_(02)和同轴TM_(01)模式下。同时,插入同轴还起着模式转换的功能,将TM_(02)转化为TM_(01),最终在输出波导中输出纯TM_(01)模式。双谐振腔反射器使慢波结构在过模条件下与二极管区域能够实现良好隔离,同时为电子束提供足够的预调制,实现在低磁场下较高的微波转化效率。利用粒子模拟仿真对器件进行优化设计,在二极管电压850 kV、束流11.74 kA、引导磁场0.63 T的条件下,获得了3.5 GW的微波输出功率,微波中心频率为9.46 GHz,转换效率约为35%。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管振荡器 过模 谐振腔反射器 模式选择
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3cm相对论返波管的MAGIC模拟
3
作者 文光俊 李家胤 刘盛纲 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第6期627-630,共4页
运用全电磁的相对论的２１２维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟分析了３ｃｍ相对论返波管中注波互作用的非线性过程，得到了器件微波输出功率、转换效率、工作频率、工作模式等参数，模拟结果与实验数据吻合较好。
关键词 相对论返波管 高功率微波 粒子模拟 返波管 RBWO
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0.14THz返波管器件 被引量：15
4
作者 陈洪斌 周传明 +4 位作者 胡林林 马国武 许冬明 宋睿 金晓 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期865-869,共5页
对有限引导磁场环形电子束的色散曲线作了理论推导,并利用该色散关系数值计算了正弦慢波结构的色散曲线。采用KARAT模拟程序对0.14 THz返波管进行了粒子模拟,并在RADAN303脉冲源上开展了初步的实验研究,实验获得频率大于0.14 THz、脉冲... 对有限引导磁场环形电子束的色散曲线作了理论推导,并利用该色散关系数值计算了正弦慢波结构的色散曲线。采用KARAT模拟程序对0.14 THz返波管进行了粒子模拟,并在RADAN303脉冲源上开展了初步的实验研究,实验获得频率大于0.14 THz、脉冲宽度1-2 ns和辐射功率大于100 kW的太赫兹波输出。 展开更多
关键词 慢波结构 返波管 太赫兹波 环形电子束
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引导磁场对相对论返波管微波功率的影响 被引量：17
5
作者 陈昌华 刘国治 +1 位作者 宋志敏 范菊平 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第6期745-748,共4页
对引导磁场大小对相对论返波管 (RBWO)微波功率的影响进行了理论和实验研究。利用 KARAT软件对 RBWO进行了全电磁 PIC数值模拟 ,发现当磁场降低时 ,TE模与 TM0 1模的竞争导致微波功率降低 ,同时模拟中观察到“电子回旋共振吸收”现象 ,... 对引导磁场大小对相对论返波管 (RBWO)微波功率的影响进行了理论和实验研究。利用 KARAT软件对 RBWO进行了全电磁 PIC数值模拟 ,发现当磁场降低时 ,TE模与 TM0 1模的竞争导致微波功率降低 ,同时模拟中观察到“电子回旋共振吸收”现象 ,它是由于电子束与慢波结构中 TM0 1 模的基波相互作用的结果 ;实验结果与数值模拟基本相符。 展开更多
关键词 相对论返波管 引导磁场 数值模拟 回旋共振吸收
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X波段相对论返波管谐振反射器 被引量：12
6
作者 宋玮 陈昌华 +5 位作者 孙钧 张立刚 杨猛 陈鹏 张晓微 胡咏梅 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期853-856,共4页
基于TPG2000强流电子束加速器和带谐振反射器的相对论返波管振荡器,开展了X波段高功率微波产生实验研究,获得了功率约2.5 GW,脉宽约20 ns的微波输出。理论分析及模拟了不同倒角大小对谐振反射器的表面电场及截止性能的影响,并对不同倒... 基于TPG2000强流电子束加速器和带谐振反射器的相对论返波管振荡器,开展了X波段高功率微波产生实验研究,获得了功率约2.5 GW,脉宽约20 ns的微波输出。理论分析及模拟了不同倒角大小对谐振反射器的表面电场及截止性能的影响,并对不同倒角开展了实验研究。结果表明,对谐振反射器倒角可增加输出微波脉冲宽度,且随着倒角增加,微波脉宽增加,效率略有降低。在谐振反射器倒角5 mm情况下,利用电压900 kV,电流9 kA的强流电子束,实验获得了功率约2.5 GW、脉宽大于25 ns的微波输出。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管振荡器 谐振反射器 脉冲缩短
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同轴相对论返波管高频特性的数值分析 被引量：7
7
作者 文光俊 李家胤 +2 位作者 熊祥正 李天明 刘盛纲 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期347-352,共6页
提出一种数值分析周期慢波结构色散特性的模拟法：先采用时域有限差分法和离散傅里叶变换技术计算含周期慢波结构的谐振腔的谐振频率及谐振场分布，再基于周期慢波电路色散关系的周期性质，利用几个特殊色散点由数值组合技术获得周期慢... 提出一种数值分析周期慢波结构色散特性的模拟法：先采用时域有限差分法和离散傅里叶变换技术计算含周期慢波结构的谐振腔的谐振频率及谐振场分布，再基于周期慢波电路色散关系的周期性质，利用几个特殊色散点由数值组合技术获得周期慢波线的完整色散关系。数值计算了同轴波纹波导中ＴＭ０ｎ模式的色散关系。亦能用于分析计算任意复杂几何结构的周期慢波线的色散关系。 展开更多
关键词 同轴返波管 同轴波纹波导 色散 微波器件
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带有反射腔的相对论返波管的数值模拟 被引量：13
8
作者 范菊平 刘国治 +1 位作者 陈昌华 宋志敏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期103-106,共4页
阐述了带有反射腔的相对论返波管的数值模拟研究。利用线性理论 [1]设计了返波管的慢波结构 ,应用 SUPERFISH软件设计了谐振反射器。用 KARAT软件对谐振反射腔返波管进行了宏观粒子模拟 ,得到了优化的返波管结构参数 ,并研究了外加磁场... 阐述了带有反射腔的相对论返波管的数值模拟研究。利用线性理论 [1]设计了返波管的慢波结构 ,应用 SUPERFISH软件设计了谐振反射器。用 KARAT软件对谐振反射腔返波管进行了宏观粒子模拟 ,得到了优化的返波管结构参数 ,并研究了外加磁场对输出效率的影响。模拟结果表明 :谐振反射腔不仅起到截止颈的作用 ,还有预调制的作用 ;在低外加磁场条件下 ,该返波管也能输出较高功率的微波。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 谐振反射腔 慢波结构 粒子模拟
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速调型相对论返波管理论研究 被引量：8
9
作者 肖仁珍 滕雁 +2 位作者 宋志敏 陈昌华 孙钧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期747-751,共5页
对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明:器件工作模式为TM01模,近π点,耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小,这与电子束与慢波结... 对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明:器件工作模式为TM01模,近π点,耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小,这与电子束与慢波结构相距较大有关,因而器件从起振到饱和的时间较长。在束波相互作用理论中,全面考虑了电子束与慢波结构前向波基波、反向波-1次空间谐波及空间电荷场相互作用、谐振反射器对电子束进行的束流调制和能量调制作用,以及调制腔和提取腔处引入的耦合阻抗及轴向波数突变。稳态和非稳态计算结果均获得了超过40%的束波转换效率。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 切伦柯夫辐射 渡越辐射 束波相互作用
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带有反射腔的相对论返波管初步实验研究 被引量：8
10
作者 范菊平 刘国治 +2 位作者 陈昌华 胡咏梅 王宏军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期349-352,共4页
阐述了带有反射腔的相对论返波管的初步实验研究进展。反射腔是一段不规则的圆波导 ,在相对论返波管中起到截止颈的作用。初步实验的结果为 :外加磁场 Bz=0 .7T时 ,输出微波功率为 1 70 MW,微波频率 8.874 GHz,脉宽为 1 0 ns;外加磁场 B... 阐述了带有反射腔的相对论返波管的初步实验研究进展。反射腔是一段不规则的圆波导 ,在相对论返波管中起到截止颈的作用。初步实验的结果为 :外加磁场 Bz=0 .7T时 ,输出微波功率为 1 70 MW,微波频率 8.874 GHz,脉宽为 1 0 ns;外加磁场 Bz=1 .7T时 ,微波功率为 370 MW,频率与脉宽不变 ;根据辐射场功率密度分布判定传输模式为 TM0 1 模。结果表明 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 谐振反射腔
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同轴型相对论返波管的粒子模拟研究 被引量：9
11
作者 文光俊 李家胤 +1 位作者 刘盛纲 谢甫珍 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第12期132-134,共3页
本文提出和设计了一种X波段大直径同轴相对论返波管，用时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中TW模式的色散关系，耦合阻抗．运用粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用的非线性物理过程，预见出器件输出功率、效率、工作频率，并对器... 本文提出和设计了一种X波段大直径同轴相对论返波管，用时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中TW模式的色散关系，耦合阻抗．运用粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用的非线性物理过程，预见出器件输出功率、效率、工作频率，并对器件功率与慢波结构尺寸，电子注束流参数。 展开更多
关键词 同轴相对论 返波管 漫波结构
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带有反射腔的双频相对论返波管的粒子模拟 被引量：7
12
作者 王辉辉 李海龙 +1 位作者 蒙林 刘丰 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期1000-1004,共5页
设计了一种带有反射腔的能在X波段实现稳定双频输出的圆柱结构相对论返波管,采用2.5维相对论全电磁PIC粒子模拟软件行粒子模拟研究。仿真结果表明:在输入电压433 kV、引导磁场2.2 T的条件下,实现了9.53,10.09 GHz的双频稳定输出,平均输... 设计了一种带有反射腔的能在X波段实现稳定双频输出的圆柱结构相对论返波管,采用2.5维相对论全电磁PIC粒子模拟软件行粒子模拟研究。仿真结果表明:在输入电压433 kV、引导磁场2.2 T的条件下,实现了9.53,10.09 GHz的双频稳定输出,平均输出功率340 MW,平均功率效率24.1%。 展开更多
关键词 反射腔 圆柱结构 相对论返波管 双频 粒子模拟 高功率微波
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3cm 相对论返波管的实验研究 被引量：10
13
作者 李家胤 于善夫 +3 位作者 孙嘉鸿 周晓岚 李明光 刘盛纲 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1992年第2期269-276,共8页
简述相对论返波管的基本原理,详细介绍了实验装置与测试方法,报导了初步实验结果,在3cm波段峰值功率约98MW,效率10％左右。
关键词 相对论返波管 高功率微波
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变阻抗相对论返波管的研究 被引量：4
14
作者 文光俊 李天明 +2 位作者 李家胤 谢甫珍 刘盛纲 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期151-155,共5页
根据相对论返波管 (RBWO)的非线性理论 ,数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系 ,结果表明器件最优化效率可达到 5 0 % .设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO ,... 根据相对论返波管 (RBWO)的非线性理论 ,数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系 ,结果表明器件最优化效率可达到 5 0 % .设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO ,运用全电磁粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用过程 ,预见出器件功率、效率、频率等性能参量 .在电子注电流、注加速电压、互作用区长度相同的实验条件下 ,测得变阻抗器件实验效率约为均匀阻抗型器件效率的 2倍 . 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 粒子模拟 注波互作用 RBWO 变阻抗
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同轴相对论返波管中波束作用过程 被引量：5
15
作者 滕雁 肖仁珍 +4 位作者 宋志敏 孙钧 陈昌华 邵浩 刘国治 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期175-180,共6页
根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过... 根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过优化设计,利用500 keV,4.0 kA电子束流,微波起振时间为7 ns,输出效率大于38%,与以往数值模拟和实验结果符合较好。根据计算结果进一步分析得到,与空心相对论返波管相比,同轴相对论返波管中空间电荷效应的影响较小。 展开更多
关键词 高功率微波 同轴相对论返波管 波束作用 输出效率 时域有限差分法
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同轴引出相对论返波管 被引量：8
16
作者 刘国治 陈昌华 张玉龙 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期467-470,共4页
提出一种新型相对论返波管同轴引出相对论返波管结构。首先 ,利用 KARAT软件对这种结构进行了 2 .5维全电磁粒子数值模拟 ,经过参数调整 ,输出的微波脉冲功率为 2 .0 GW,微波频率为 9.2 8GHz,转换效率达 4 5%。并在模拟中对电子束与电... 提出一种新型相对论返波管同轴引出相对论返波管结构。首先 ,利用 KARAT软件对这种结构进行了 2 .5维全电磁粒子数值模拟 ,经过参数调整 ,输出的微波脉冲功率为 2 .0 GW,微波频率为 9.2 8GHz,转换效率达 4 5%。并在模拟中对电子束与电磁波的作用过程进行了跟踪和分析 ;然后利用 SUPERFISH软件对此结构中的场分布进行了计算 ,结合 PIC模拟结果 ,初步证明了由于内导体的引入改变了返波管末端的反射 ,有利于电子束与电磁波的能量交换。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 同轴引出 数值模拟 KARAT软件
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X波段高效双频同轴相对论返波管粒子模拟 被引量：5
17
作者 唐永福 蒙林 +3 位作者 李海龙 王彬 殷勇 张斐娜 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2415-2419,共5页
提出了一种能在X波段实现稳定双频输出的带有谐振反射器的高效率同轴相对论返波振荡器,并使用2.5维全电磁粒子PIC模拟软件进行了粒子模拟研究。模拟结果显示:在电子束电压520kV、电流8.5kA、轴向引导磁场2.35T的条件下,器件实现了9.41GH... 提出了一种能在X波段实现稳定双频输出的带有谐振反射器的高效率同轴相对论返波振荡器,并使用2.5维全电磁粒子PIC模拟软件进行了粒子模拟研究。模拟结果显示:在电子束电压520kV、电流8.5kA、轴向引导磁场2.35T的条件下,器件实现了9.41GHz和10.29GHz的稳定双频输出,平均输出功率为1.35GW,波束互作用效率为30.5%。此外,双频频谱及双频中较小的频率随着漂移段的变化而准周期地变化,实现了带宽约400MHz的频率捷变输出。 展开更多
关键词 同轴相对论返波管 谐振反射器 双频 高效率 粒子模拟 频率捷变
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相对论返波管频率特性研究 被引量：9
18
作者 杨梓强 李大治 梁正 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1996年第4期513-517,共5页
研究了等离子体填充下相对论运该管的频率特性。结果表明，随着等离子体浓度增加，返波管的振荡频率明显上移；对空波导情况，实验结果同理论分析结果是相符的。
关键词 相对论返波管 等离子体 频率 微波器件
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亚纳秒毫米波返波管粒子模拟与实验研究 被引量：3
19
作者 陈洪斌 胡林林 +2 位作者 马国武 孟凡宝 周传明 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期881-884,共4页
利用KARAT程序对亚纳秒毫米波返波管进行了粒子模拟，并在电压可调范围10～150kV、负载阻抗50Ω的RADAN303脉冲源上开展了亚纳秒毫米波返波管器件实验研究。在电子束电压200kV、电流500A、脉冲宽度1．65ns、引导磁场1．7T情况下，得到... 利用KARAT程序对亚纳秒毫米波返波管进行了粒子模拟，并在电压可调范围10～150kV、负载阻抗50Ω的RADAN303脉冲源上开展了亚纳秒毫米波返波管器件实验研究。在电子束电压200kV、电流500A、脉冲宽度1．65ns、引导磁场1．7T情况下，得到毫米波输出，辐射功率40MW，脉冲宽度500ps，频率37．6GHz，重复频率10Hz，辐射模式TE11。 展开更多
关键词 高功率微波 超辐射 毫米波 返波管 粒子模拟
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THz返波管圆波导梳状慢波结构的研究 被引量：4
20
作者 王自成 陆德坚 +6 位作者 王莉 李海强 张世杰 徐安玉 郝保良 宋培德 戴志浩 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第11期2792-2794,共3页
该文利用三维电磁仿真软件模拟计算了THz圆波导梳状慢波结构的负1次返波的色散和耦合阻抗。结果证实:在430-570GHz频带内,慢波结构内半径为0.175mm,约为中心频率波长的0.292倍;在760-940GHz的频带内,慢波结构内半径为0.1mm,是中心频率... 该文利用三维电磁仿真软件模拟计算了THz圆波导梳状慢波结构的负1次返波的色散和耦合阻抗。结果证实:在430-570GHz频带内,慢波结构内半径为0.175mm,约为中心频率波长的0.292倍;在760-940GHz的频带内,慢波结构内半径为0.1mm,是中心频率处波长的0.392倍。该结构较大的径向尺寸有利于提高电子注通过率。这种结构负1次返波的耦合阻抗较小,基本上小于1Ω,很好解释了现有THz返波管的电子效率小于0.01%的事实。 展开更多
关键词 返波管 太赫兹 圆波导梳状慢波结构 色散:耦合阻抗
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