检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2013年第8期62卷 124-130页

作者：李小泽滕雁王建国宋志敏张黎军张余川叶虎西北核技术研究所西安710024 高功率微波技术重点实验室西安710024

过模结构能提高器件的功率容量和工作频率,能使器件工作在低磁场状态,越来越多的器件采用过模结构.但是过模结构允许多个模式同时存在,这可能会引起模式竞争问题.本文通过理论分析和数值计算,研究了过模结构模式选择问题.计算结果表明,... 详细信息

过模结构能提高器件的功率容量和工作频率,能使器件工作在低磁场状态,越来越多的器件采用过模结构.但是过模结构允许多个模式同时存在,这可能会引起模式竞争问题.本文通过理论分析和数值计算,研究了过模结构模式选择问题.计算结果表明,通过选择合适的结构参数和电参数,使得器件工作在行波状态,可以实现不同横向模式的选择.在此基础上,通过选择合适的电子束和结构参数,能实现不同纵向模式的选择.对计算结果进行了粒子模拟验证,与理论分析符合较好,达到了模式选择的目的.

关键词：过模结构模式选择色散关系表面波振荡器

来源：评论

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百MW过模结构太赫兹源特性

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强激光与粒子束 2013年第8期25卷 2017-2020页

作者：李小泽王建国朱四桃宋志敏张余川张晓微张立刚西北核技术研究所西安710024 西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 高功率微波技术重点实验室西安710024

采用粒子模拟方法对一种基于过模结构的表面波振荡器相对论太赫兹源进行了研究,模拟得到了频率为0.148 THz的电磁波输出,主要输出模式为TM01模式。该结构的特点是没有反射结构,电磁波会进入二极管区域。研究了电子束电压和二极管区域内... 详细信息

采用粒子模拟方法对一种基于过模结构的表面波振荡器相对论太赫兹源进行了研究,模拟得到了频率为0.148 THz的电磁波输出,主要输出模式为TM01模式。该结构的特点是没有反射结构,电磁波会进入二极管区域。研究了电子束电压和二极管区域内电磁场对输出功率和频率的影响以及器件几何结构参数对输出功率的影响。计算结果表明,泄露到二极管区域的电磁波对器件工作状态影响很小,但是二极管参数对器件的输出功率影响很大。

关键词：太赫兹过模结构慢波结构表面波振荡器

来源：评论

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基于圆柱二维周期表面晶格结构微波源的研究

基于圆柱二维周期表面晶格结构微波源的研究

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作者：王蕾国防科学技术大学

学位级别：硕士

随着高功率微波技术的发展及其应用需求的提高,提高器件工作频率和功率容量是高功率微波源技术发展的重要目标。对于高频段器件,其横向尺寸相对较小,这严重制约了微波源功率容量的提高。一种有效的解决办法就是增加器件的横向尺寸和使... 详细信息

随着高功率微波技术的发展及其应用需求的提高,提高器件工作频率和功率容量是高功率微波源技术发展的重要目标。对于高频段器件,其横向尺寸相对较小,这严重制约了微波源功率容量的提高。一种有效的解决办法就是增加器件的横向尺寸和使用大直径环形电子束。然而,这种过模结构的微波源常面临模式竞争,输出频谱复杂等问题。因此研究微波源在高频率、高功率容量的条件下,保持模式选择能力的方法,成为近几年来的研究热点。二维周期表面晶格结构是一种在过模条件下保持模式选择能力的新型结构,具有高功率容量的潜力。国外已经开展了一些基于圆柱二维周期表面晶格结构的微波源的初步的理论和仿真研究。在此基础上,本文对基于圆柱二维周期表面晶格结构的微波源开展了进一步的探索和研究。论文首先开展了相关理论研究。建立了圆柱二维周期表面晶格结构的数学模型,推导了基于电介质圆柱波导模型的相关理论表达式。主要结论有:本征模式中的耦合条件为Bragg条件;电介质圆柱波导模型的参数与工作频率、晶格参数有关;根据电压可以将器件分为高、低电压工作状态,并且不同的工作状态需要和器件的几何结构相匹配。其次,研究了该结构的高频特性。结果表明,该结构内本征模式为体积波TM0l和表面波HE7n的叠加;随着本征频率增加,体积波和表面波的径向周期数增加,角向周期数保持不变,并且本征模式中的体积波为接近截止的体积波;该结构可以简化为电介质圆柱波导模型来研究;晶格上分布有表面电流,表面波和体积波通过表面电流发生了耦合,这种耦合成为该结构在较大过模比时保持模式选择能力的原因。最后,采用VSim软件进行了三维粒子模拟。结果表明,当输入电压170kV,电流20A,磁场1.8T,电子束发射位置距轴线2.0mm时,得到了50kW,923GHz的微波输出;电子束的纵向动量空间分布比较混乱,但是仍存在着电流调制现象;电子束在腔体内的角向运动不可忽略;束波同步条件理论推导结果和粒子模拟结果相差较大,但仍能够揭示器件的工作规律;通过研究电压、磁场、电子发射位置对微波输出的影响可以为器件设计和优化提供指导规律。

关键词：高功率微波二维周期表面晶格结构过模结构高功率容量

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Ku波段过模相对论速调管放大器的研究

Ku波段过模相对论速调管放大器的研究

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作者：鲍白云国防科技大学

学位级别：硕士

单个高功率微波源的功率容量存在物理极限,而空间功率合成技术能使多个高功率微波（HPM）器件的输出微波协同作用,整体上获得更大的微波辐射输出。相对论速调管（RKA）具有高效率、高功率、高增益以及输出相位、频率稳定的特点,是空间... 详细信息

单个高功率微波源的功率容量存在物理极限,而空间功率合成技术能使多个高功率微波（HPM）器件的输出微波协同作用,整体上获得更大的微波辐射输出。相对论速调管（RKA）具有高效率、高功率、高增益以及输出相位、频率稳定的特点,是空间功率合成技术的研究重点。本文研究了一种Ku波段高增益新型过模结构相对论速调管,并利用简单的空心RKA结构进行径向过模设计,实现了器件在TM02模式工作,在Ku波段得到了较大的功率容量。同时为解决过模结构带来的多模式叠加干扰的问题也开展了相关的研究。本文的研究内容包括以下几个方面。首先,对过模速调管特性进行相关理论研究。利用经典速调管分析方法,对过模速调管在空间极限电流、电子束耦合系数和电子束负载电导这几方面进行了分析,初步了解了过模速调管的工作特性。其次,针对径向过模结构,分别设计各个工作腔。为了结构简洁,器件采用空心圆波导结构,漂移段半径约为3/4λ。利用重入式结构输入腔导入微波,实现了注入微波95%的有效匹配。采用两级群聚腔的结构,以提升调制深度,和速调管的整体增益。在空心圆波导基础上设计双间隙输出腔,保持提取结构的简洁性。利用粒子仿真软件对各个结构进行特性分析。为了在漂移段不截止TM01模的情况下增加腔之间的独立性,还设置了两段吸波材料吸收泄露微波,抑制微波泄漏带来的自激干扰。最后利用2.5维粒子仿真软件对Ku波段过模速调管放大器进行整体模拟,对其束波作用过程、微波产生机制进行了细致的研究分析。在引导磁场1.0T、二极管电压580kV、电子束电流7.3kA的情况下,以50kW的注入功率模拟得到了平均功率1GW、频率14.25GHz的微波输出,效率23.6%,增益43dB。输出模式主要为TM01模式。经过对输出腔的倒角再优化之后,在输出功率基本不变的情况下,器件的最大场强降为1.45MV/cm。同时还研究了二极管电压和注入微波对器件工作状态的影响以及输出微波的锁相情况。

关键词：高功率微波 Ku波段相对论速调管过模结构粒子模拟

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W波段级联式交错双栅行波管的研究

W波段级联式交错双栅行波管的研究

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作者：徐少坤电子科技大学

学位级别：硕士

行波管放大器（Traveling Wave Tube Amplifier）,是在真空环境中,通过电子和电磁波相互作用,将电子动能转换为电磁能,实现电磁波放大的一类真空器件。作为应用最广泛的真空器件,行波管放大器不仅具有功率高、效率高、抗辐射的优点（真... 详细信息

行波管放大器（Traveling Wave Tube Amplifier）,是在真空环境中,通过电子和电磁波相互作用,将电子动能转换为电磁能,实现电磁波放大的一类真空器件。作为应用最广泛的真空器件,行波管放大器不仅具有功率高、效率高、抗辐射的优点（真空环境工作,天然地避免了固体器件中电子的散射、碰撞等基本问题,所与生俱来的优点）,而且也具有工作频带宽、单管寿命长的优势,因此在广播电视、无线通信、卫星通讯、北斗定位、深空探索、导弹制导、保密链路、战场监视、航空航天、及电子对抗等方面有着极其广泛应用,是各种电子信息装备不可或缺的“心脏”,具有不可替代的作用。随着社会的发展和科技的进步,军民各应用领域都对行波管放大器提出了更高的要求:新一代汽车雷达、太赫兹医疗检测、6G通讯等对于放大器功率、带宽、寿命和效率提出新的要求。机载诱饵吊舱、无人机蜂群需要更小体积、更轻重量、更宽带宽、及更高效率的毫米波行波管放大器。然而,随着工作频率逐渐提升至毫米波频段,尺寸共渡效应使得行波管的尺寸显著缩小,加工难度骤升,同时带来增益小、散热差等一系列难题。与圆形电子注相比,带状电子注有更大的横截面积,电流也更大,因此带状注行波管可以实现很高的输出功率。交错双栅慢波结构具有天然的带状电子注通道,支持大电流的带状电子注工作,可以实现较高的功率输出。除此以外,交错双栅慢波结构是全金属腔体结构,选用无氧铜材料,易于机械加工,且金属的散热性好,非常适合毫米波或者亚毫米波频段。本文的主要研究工作如下: 1.设计了工作在W波段的低功率交错双栅行波管,利用谐振腔原理将电磁波馈入到慢波结构当中,优化适用于该结构的输入输出耦合结构,大大减小了慢波结构的纵向尺寸和加工难度。进行了小信号分析并对再生振荡展开研究,利用截断式结构抑制振荡。通过仿真软件分析了其高频特性、传输特性和注-波互作用,PIC结果表明:在91GHz,输出功率为180W,增益为32.6d B。针对该高频结构设计了对应的带状注电子光学系统,改造传统的皮尔斯电子枪,利用圆形热阴极的方式间接产生带状电子注,并利用PCM磁聚焦系统来聚束。联合仿真结果显示:在90mm的带状电子注通道内最大占空比为60%,电子流通率为100%。 2.设计了工作在W波段的高功率交错双栅行波管,作为上述行波管后级级联使用,采用上述设计H面馈入矩形波导耦合结构作为输入输出耦合耦合结构,使用两段式的相速跳变增加其输出功率。PIC结果表明:在91GHz,输出功率为1800W,增益为10.5d B,相比没有使用相速跳变时输出功率提高45.2%。利用矩形热阴极直接产生带状电子注的方式设计了带状注电子枪,压缩后电子注密度为250A/cm2,并利用PCM磁聚焦系统来聚束。联合仿真结果显示:在32mm的带状电子注通道内最大占空比为70%,电子流通率为100%。 3.分别设计了工作在TE20模式和TE40模式下的过模交错双栅慢波结构,对其进行了高频特性、传输特性和注-波互作用分析,确定了合适的工作模式和谐波,利用截断和衰减器的方式抑制了可能产生的杂波。最终实验表明:TE20模式过模交错双栅慢波结构,可以实现2112W的功率输出以及36.3d B的信号增益;TE40模式过模交错双栅慢波结构,可以实现8k W的功率输出以及14.4%的电子效率。根据H-T和E-T波导的特性设计了两款TE10转TE40的模式转换器,其中基于E-T波导和扭波导结合的方式设计的模式转换器转换效率高、反射损耗和传输损耗小、工作带宽覆盖W波段全频段。 4.对设计的W波段交错双栅行波管进行加工和测试,完成跳变前后高频结构的加工和“冷测”,传输特性符合预期。加工了第三章的带状电子枪,并完成装配。对基于E-T波导设计的模式转换器进行了加工和测试,传输特性符合预期。

关键词：交错双栅慢波结构带状注电子光学系统过模结构模式转换器

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Ku波段磁绝缘线振荡器研究

Ku波段磁绝缘线振荡器研究

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第十三届高功率粒子束暨第八届全国高压加速器学术交流会

作者：江涛贺军涛李志强国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙 410073

设计了一种工作于Ku 波段的改进型磁绝缘线振荡器(MILO).该器件采用过模结构,提高了器件的功率容量,有利于高频高功率运行.由于采用扼流片代替传统的扼流腔,结构显得更加紧凑.采用双腔锥形提取结构提取微波,提高了微波提取效率.粒子模... 详细信息

设计了一种工作于Ku 波段的改进型磁绝缘线振荡器(MILO).该器件采用过模结构,提高了器件的功率容量,有利于高频高功率运行.由于采用扼流片代替传统的扼流腔,结构显得更加紧凑.采用双腔锥形提取结构提取微波,提高了微波提取效率.粒子模拟表明,在输入电压510kV、输出电流55kA 的条件下,器件输出微波功率达到3.6GW,工作频率为13.2GHz,效率达到12.9％.

关键词： Ku波段过模结构扼流片粒子模拟

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