检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2020年第19期69卷 315-323页

作者：杨温渊董烨孙会芳董志伟北京应用物理与计算数学研究所北京100094

作为一种紧凑型高功率微波器件,磁绝缘线振荡器在起振过程中容易出现模式竞争现象,如果不能对其进行有效抑制,可能导致器件的最终输出性能下降.由于磁绝缘线振荡器中波束互作用区通常采用同轴盘荷波导作为其慢波结构,因此本文从同轴盘... 详细信息

作为一种紧凑型高功率微波器件,磁绝缘线振荡器在起振过程中容易出现模式竞争现象,如果不能对其进行有效抑制,可能导致器件的最终输出性能下降.由于磁绝缘线振荡器中波束互作用区通常采用同轴盘荷波导作为其慢波结构,因此本文从同轴盘荷波导中几个可能被相对论电子束激发的低阶本征模与电子束之间的色散关系入手,分析了三种类型的模式竞争的特点、产生的可能原因以及削弱方法.基于以上分析,给出了一种高功率紧凑型L波段磁绝缘线振荡器的物理模型,并利用全电磁三维粒子程序对其进行了冷腔和热腔的数值模拟.结果表明,由于结构不完全对称和电子发射可能存在一定的非均匀性,器件运行初期互作用区有竞争模式HEM11模出现,与理论分析一致;起振一小段时间后(10 ns左右),互作用区基模增长加快,高阶模被抑制.进一步优化后器件在基模获得了高效率和高功率微波输出,饱和时输出功率约为8.1 GW,输出效率达到了18%,模式纯度约为97%.本文研究结果可为磁绝缘线振荡器运行过程中出现的竞争模式的识别和输出性能优化提供理论参考和依据.

关键词：磁绝缘线振荡器模式竞争数值模拟

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磁绝缘线振荡器阴极烧蚀与电压波形的关系研究

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物理学报 2013年第1期62卷 109-113页

作者：陈代兵张运俭张北镇王冬秦奋文杰金晓吴勇于爱民中国工程物理研究院应用电子学研究所高功率微波技术重点实验室绵阳621900

通过粒子模拟和实验研究相结合的方法,研究了磁绝缘线振荡器的阴极烧蚀与输入电压波形的关系,找到了造成阴极烧蚀的根本原因,给出了电子束回轰阴极的清晰图像,并通过对低阻抗加速器平台输出电压波形的调整,抑制了反向电压,解决了器件的... 详细信息

通过粒子模拟和实验研究相结合的方法,研究了磁绝缘线振荡器的阴极烧蚀与输入电压波形的关系,找到了造成阴极烧蚀的根本原因,给出了电子束回轰阴极的清晰图像,并通过对低阻抗加速器平台输出电压波形的调整,抑制了反向电压,解决了器件的阴极烧蚀问题.研究结果表明:在正向电压作用下已经发射出来的电子束在超过一定幅度的反向电压作用下发生反向运动并回轰阴极,产生反向电流并造成器件阴极的烧蚀,因此注入电压下降沿之后的反向电压是引起磁绝缘线振荡器的阴极烧蚀的最根本因素.

关键词：磁绝缘线振荡器高功率微波阴极烧蚀反向电压

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磁绝缘线振荡器脉宽及效率与三角波电压关系

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强激光与粒子束 2014年第8期26卷 200-205页

作者：陈代兵文杰施美友秦奋王冬金晓张勇中国工程物理研究院应用电子学研究所高功率微波技术重点实验室四川绵阳621900

采用数值模拟与实验相结合的方法,在没有功率容量不足问题的情况下,研究了磁绝缘线振荡器(MILO)的输出微波脉宽和功率效率与类似三角形二极管电压的关系,研究结果表明:在相同宽度的电压条件下,随着电压幅度的增大,输出微波的底宽和半高... 详细信息

采用数值模拟与实验相结合的方法,在没有功率容量不足问题的情况下,研究了磁绝缘线振荡器(MILO)的输出微波脉宽和功率效率与类似三角形二极管电压的关系,研究结果表明:在相同宽度的电压条件下,随着电压幅度的增大,输出微波的底宽和半高宽相应增大,功率效率先增大,当达到饱和后功率效率逐渐降低;在相同电压幅度条件下,随着二极管电压上升沿(斜率不变)的增大,输出微波的半高宽略有增大,但功率效率略有降低。因此,在有限脉宽的类似三角形二极管电压条件下,通过增大二极管电压上升沿的方法,可以有效地增大输出微波脉宽;而在有限电压幅度条件下,通过减小电压上升沿的方法,可以有效地增大输出微波的功率。选择适当的二极管电压参数,可以解决MILO器件在类似三角形二极管电压条件下的输出微波功率和脉宽两个指标相匹配的问题。

关键词：磁绝缘线振荡器微波脉宽功率效率三角波微波功率

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磁绝缘线振荡器内气体碰撞电离数值模拟

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强激光与粒子束 2012年第3期24卷 732-738页

作者：董烨董志伟杨温渊陈军周前红孙会芳周海京北京应用物理与计算数学研究所北京100094

针对气体碰撞电离过程,介绍了蒙特卡罗碰撞(MMC)的处理方法,利用MMC方法编写了气体碰撞电离模块,将其移植到3维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE之中,模拟了充有He气的磁绝缘线振荡器(MILO)。模拟结果表明:当He气密度较低时,电离的正离子由于... 详细信息

针对气体碰撞电离过程,介绍了蒙特卡罗碰撞(MMC)的处理方法,利用MMC方法编写了气体碰撞电离模块,将其移植到3维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE之中,模拟了充有He气的磁绝缘线振荡器(MILO)。模拟结果表明:当He气密度较低时,电离的正离子由于较重无法自由移动,形成了正离子通道,可以有效中和电子束空间电荷场,有利于电子束传输和群聚,提高了束波互作用效率,微波输出功率得到了明显提高,起振时间也有所缩短;当进一步增加He气密度时,电离碰撞增强,电子和离子数目会雪崩式增长,电子束由于碰撞增强而导致能散度增大,其负效应已经远大于中和空间电荷场的正效应,反而不利于电子束的群聚和共振,从而导致输出微波功率降低乃至截断,起振时间缩短是由于其在非雪崩阶段的正效应积累所致,但是随着负效应的增强起振功率不能得以维持,二极管最终将闭合。另外,还模拟了MILO填充空气、水蒸气及二氧化碳等多原子、多组分气体的碰撞电离物理过程。模拟结果显示,同压强情况下,填充空气、水蒸气及二氧化碳的脉冲缩短现象要比填充He气等较低原子序数气体的情况严重得多。

关键词：高功率微波蒙特卡罗碰撞粒子模拟程序磁绝缘线振荡器脉冲缩短

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磁绝缘线振荡器的起振电压与注入电压关系的分析

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物理学报 2012年第1期61卷 103-107页

作者：陈代兵王冬秦奋文杰金晓安海狮张新凯中国工程物理研究院应用电子学研究所高功率微波技术实验室绵阳621900

粒子模拟和实验研究发现磁绝缘线振荡器(MILO)的起振电压会随注入工作电压的增大而增大,通过进一步的分析与研究,找到了引起该现象的根本原因,即随着注入工作电压的增大,工作电压上升前沿的斜率必然增大,上升前沿斜率的增大必然引起起... 详细信息

粒子模拟和实验研究发现磁绝缘线振荡器(MILO)的起振电压会随注入工作电压的增大而增大,通过进一步的分析与研究,找到了引起该现象的根本原因,即随着注入工作电压的增大,工作电压上升前沿的斜率必然增大,上升前沿斜率的增大必然引起起振电压的增大,当斜率无限大时,MILO的起振电压等于工作电压.因此,工作电压上升前沿斜率的变化是引起MILO器件起振点变化的根本原因:当注入电压上升沿的斜率固定不变时,同一MILO器件的起振点不变,即对应的起振电压值不变;当注入电压上升沿的斜率增大时,同一MILO器件的起振点对应的起振电压值随之增大.对MILO器件的自磁绝缘临界电流公式进行了部分修正.

关键词：磁绝缘线振荡器工作电压起振电压工作曲线

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磁绝缘线振荡器的自动优化设计

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强激光与粒子束 2014年第4期26卷 17-21页

作者：孙会芳李瀚宇姜幼明董烨董志伟周海京北京应用物理与计算数学研究所北京100094

为克服全电磁粒子模拟(PIC)程序不利于优化设计的弱点,提高高功率微波器件的优化设计水平,将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合,研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件——两个波段的磁绝缘线振荡器(MILO):... 详细信息

为克服全电磁粒子模拟(PIC)程序不利于优化设计的弱点,提高高功率微波器件的优化设计水平,将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合,研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件——两个波段的磁绝缘线振荡器(MILO):C-MILO和L-MILO进行优化设计。在输入功率不变的条件下,原C-MILO效率为10.8%,经优化后效率为15.4%;原L-MILO效率为12.6%,经优化后效率为17.7%。由此得出,两类MILO模型经优化后在输入功率基本不变的情况下输出功率和效率都有很大程度的提高,且模型几何参数合理,物理图像正确。

关键词：遗传算法 PIC程序高功率微波器件磁绝缘线振荡器优化设计

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磁绝缘线振荡器中模式竞争问题的数值模拟

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强激光与粒子束 2010年第2期22卷 303-306页

作者：孙会芳董志伟杨郁林北京应用物理与计算数学研究所北京100088

为理解磁绝缘线振荡器(MILO)实验中频频出现的模式竞争问题,利用3维全电磁粒子模拟程序对C波段MILO的实验模型进行研究,探索各种非对称激励机制对产生微波模式的影响,结果显示:阴极电子随机发射、电压的慢上升前沿、较低的电压等因素都... 详细信息

为理解磁绝缘线振荡器(MILO)实验中频频出现的模式竞争问题,利用3维全电磁粒子模拟程序对C波段MILO的实验模型进行研究,探索各种非对称激励机制对产生微波模式的影响,结果显示:阴极电子随机发射、电压的慢上升前沿、较低的电压等因素都可导致非对称高阶模式的产生,并使输出微波功率大大降低。模拟计算得出MILO中存在频率为3.6 GHz左右的基模和频率分别为3.7,4.1,4.6 GHz左右的3种高阶模式,与Karat计算结果基本一致。

关键词： 3维全电磁粒子模拟程序磁绝缘线振荡器高阶模非对称激励模式竞争

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磁绝缘线振荡器谐振腔的高频特性研究

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强激光与粒子束 2005年第3期17卷 436-440页

作者：郭焱华范植开何琥陈代兵中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900

利用数值方法计算了磁绝缘线振荡器(MILO)主慢波结构谐振腔和扼流腔的谐振频率和场分布.结果表明:当主慢波结构腔内半径为4.6 cm,扼流腔内半径为4.2 cm,阴极半径为3 cm时,MILO工作在3.6～4.4 GHz频率范围,扼流片可以阻止微波功率向脉冲... 详细信息

利用数值方法计算了磁绝缘线振荡器(MILO)主慢波结构谐振腔和扼流腔的谐振频率和场分布.结果表明:当主慢波结构腔内半径为4.6 cm,扼流腔内半径为4.2 cm,阴极半径为3 cm时,MILO工作在3.6～4.4 GHz频率范围,扼流片可以阻止微波功率向脉冲功率源泄漏,这有利于提高器件微波输出的功率;4.5～4.9 GHz频段为慢波结构的阻带,微波在该频段截止.计算了C波段MILO开放腔的谐振频率,当模式分别为3π/8,π/2,5π/8,3π/4时,其谐振频率分别为3.18,3.76,4.00,4.11 GHz;并通过实验测出了开放腔的谐振频率,其相应的值分别为3.80,3.94,4.08.4.18 GHz,Q分别为194,143,231,468.数值计算的谐振频率与实验测出的频率基本一致.

关键词：磁绝缘线振荡器同轴谐振腔高频特性模式

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磁绝缘线振荡器中高阶模式的3维数值模拟

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强激光与粒子束 2008年第4期20卷 641-644页

作者：孙会芳董志伟北京应用物理与计算数学研究所北京100088

为了解高频MILO实验中高阶模频频出现的原因并考察其对MILO器件性能的影响,利用二次开发的3维全电磁粒子模拟程序KARAT对C波段MILO器件进行了模拟研究。在存在非对称激励的情况下由束波互作用可直接导致高阶模的产生,发现了可与实验中... 详细信息

为了解高频MILO实验中高阶模频频出现的原因并考察其对MILO器件性能的影响,利用二次开发的3维全电磁粒子模拟程序KARAT对C波段MILO器件进行了模拟研究。在存在非对称激励的情况下由束波互作用可直接导致高阶模的产生,发现了可与实验中高阶模现象比拟的高阶模,并对其中频率为4.01 GHz的模式做出判定,认为此模式是由非对称的电子和场在互作用腔中相互作用产生的高阶TM11模,并经同轴线传输转化得来。对于频率为3.67 GHz和4.53 GHz的另两高阶模目前尚不能判断。

关键词：磁绝缘线振荡器高阶模 KARAT程序非对称激励

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HEM_(11)模磁绝缘线振荡器的高频分析

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物理学报 2008年第8期57卷 4875-4882页

作者：王冬陈代兵范植开邓景康清华大学物理系北京100084 中国工程物理研究院应用电子学研究所绵阳621900

作为小型化和紧凑型的高功率微波源,磁绝缘线振荡器(MILO)在过去十几年里得到了广泛的研究和发展.在大多数研究中,最低的对称模一直被当作器件的主模.然而,由于结构的对称性或者电子发射均匀度不理想等原因,很容易激励起非对称模式.计算... 详细信息

作为小型化和紧凑型的高功率微波源,磁绝缘线振荡器(MILO)在过去十几年里得到了广泛的研究和发展.在大多数研究中,最低的对称模一直被当作器件的主模.然而,由于结构的对称性或者电子发射均匀度不理想等原因,很容易激励起非对称模式.计算了MILO同轴结构中同时包含对称模和非对称模的本征方程.在此基础上,通过对结构的优化设计,提出了一种HEM11模工作的MILO,并开展了原理性实验.在二极管的电压为480kV,电流为39kA条件下得到了功率为1.2GW,脉冲宽度为40ns的微波输出,功率转换效率约为6.5%,微波频率为1.98 GHz,模式为HEM11模.

关键词：磁绝缘线振荡器高频特性 HEM11模开放腔

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