强激光与粒子束
2023, 35(11): 113002
1 中国科学院 电子学研究所，北京 101400
2 中国科学院大学，北京 100039
采用计算机模拟的方法对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS)的340 GHz返波管进行详细研究。首先对返波管所需的电子枪和永磁聚焦系统进行计算机模拟，结果表明，永磁聚焦系统与电子枪相结合，能够产生并维持14~17 kV，43.4 mA的电子注和18~21 kV，56.1 mA的电子注，且电子注电压在14~21 kV之间时，电子注在慢波结构区域的最大半径小于0.08 mm，半径波动最大值为0.034 mm。利用所计算的电子注，对基于SDRWS的340 GHz返波管进行互作用计算，结果表明，当电子注电压在14~21 kV之间调谐时，输出电磁波在326~352.6 GHz之间，输出功率大于2 W。同时，SDRWS的电子注通道半径为0.09 mm，相对较大，降低了返波管的制造难度。
返波管 双排矩形波导慢波结构 永磁聚焦系统 粒子模拟 Backward Wave Tube Staggered Double Rectangular Waveguide Structure permanent magnet focus system particle-in-cell simulation 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 967
1 Key Laboratory of Science and Technology on High Power Microwave Sources and Technologies, Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing0400, China
2 School of Electric,Electrical and Communicaion Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100039, China
对基于12个周期的交错双排矩形波导慢波结构(staggered double rectangular waveguide slow wave structure,简记为SDRWSWS)的单谐振腔94.5GHz分布作用振荡器(extended interaction oscillator, EIO)进行了计算机模拟，给出了通过计算机模拟确定谐振腔结构参数及电子注参数的方法和步骤。提出了“相位再同步”的高效率方法，将谐振腔中从电子注输入端数起的第5～6个周期的慢波结构的周期降低到原来的90%左右，改变了谐振腔中轴向电场强度的分布，使轴向电场强度在远离输出口一端相对降低，而在靠近输出口一端相对升高，有助于电子注的调制随着电子注的行进而加强；同时，使在靠近输出口一端的轴向电场强度的相位增大了51.6o，从而与电子注的空间电荷波的相位保持同步并从电子注提取更多能量。计算机模拟结果证实，采用该技术的分布作用振荡器的功率和电子效率都得到显著提高，改善最大的数值是原来的2倍以上。
分布作用振荡器 相位再同步技术 交错双排矩形波导慢波结构 电子效率 extended interaction oscillator phase re-synchronization technology staggered double rectangular waveguide slow wave structure electron efficiency
1 中国科学院 电子学研究所, 北京 101400
2 中国科学院大学, 北京 100039
对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS)结构的3腔EIK进行了详细计算机模拟计算，通过对基于SDRWS结构的EIK用输入输出腔的S11的模拟计算及对分布作用速调管用中间腔的本征频率的模拟计算，初步确定了EIK用输入输出腔及中间腔的结构参数，进而对EIK进行了 PIC 互作用模拟计算，结果表明：该EIK的3 dB工作频带为219.5~220.5 GHz，3 dB带宽为1 GHz，最大功率为456 W，最大增益为40.06 dB。在此基础上，通过调整中间腔的波导头宽度以进行参差调谐，用PIC互作用模型模拟计算研究了中间腔谐振频率对EIK整体性能的影响。结果表明，EIK的3 dB工作频带主要由输入输出腔的通频带决定，而中间腔的谐振频率也具有重要影响。当中间腔的谐振频率分别处于输入输出腔的通频带的低频端或高频端时，可以使EIK的3 dB工作频带向低频端或高频端得到一定程度展宽；当中间腔的谐振频率高于输入输出腔的通频带的高频端时，EIK的增益在其3 dB工作频带内较为平坦，EIK的输出信号在其3 dB工作频带内比较稳定，频谱的纯净程度较好。参差调谐的最终结果表明，当中间腔的波导头宽度为0.747 mm时，EIK获得了接近最优的性能，3 dB工作频带为219.5~220.0 GHz，3 dB带宽扩展到1.2 GHz，最大功率为630 W，相应的最大电子效率为11.3%，最大增益为47 dB。
分布作用速调管 参差调谐 双排矩形波导慢波结构 宽频带 PIC模拟 extended interaction klystron stagger tuning staggered double rectangular waveguide structure broadband PIC simulation 强激光与粒子束
2019, 31(8): 083101
1 中国科学院 电子学研究所, 高功率微波源与技术重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
为减小X波段星载脉冲行波管的热子功率, 对阴极热子组件结构进行了优化设计, 利用ANSYS有限元软件对该阴极热子组件结构进行了热分析, 得到结构的稳态温度场分布、阴极温度瞬态解以及加热功率与阴极温度的关系, 并与实测结果进行对比, 对比结果表明, 阴极温度模拟与实验结果误差在1.3%以内, 说明了所用模型和方法的可行性。在此基础上通过研究阴极支持筒不同开槽宽度、壁厚及材料下热子加热功率-阴极温度关系, 对阴极支持筒进行了优化。模拟结果显示, 优化后的阴极热子组件结构加热功率由8.2 W降到6.7 W。
阴极热子组件 热效率 ANSYS有限元软件 优化设计 cathode-heater assembly heat efficiency finite element software ANSYS optimization 强激光与粒子束
2015, 27(5): 053007
1 中国科学院 电子学研究所, 空间行波管研究发展中心, 北京 100190
2 北京大学 信息科学技术学院, 北京 100871
介绍了静电聚焦方式在毫米波行波管中的独特优势, 分析了周期静电聚焦场的建立方法。基于某Ka波段行波管, 首先根据指标要求设计了强流电子枪并选择类梳齿状结构作为其慢波电路, 然后对电子枪和类梳齿状慢波电路组成的电子光学系统进行了模拟计算, 最后对慢波电路的关键尺寸进行了容差分析。结果显示, 在周期静电场的作用下, 电子注全部平稳地通过了慢波系统。良好的静态通过率为后续高效率的注-波互作用奠定了基础, 证明了利用静电场聚焦毫米波行波管中大电流密度电子注的可行性。
静电聚焦 电子光学 毫米波行波管 注-波互作用 慢波结构 electrostatic focusing electron optics millimeter wave traveling wave tube beam-wave interaction slow wave structure 强激光与粒子束
2014, 26(2): 023005
1 中国科学院 电子学研究所， 高功率微波源与技术重点实验室， 北京100190
2 中国科学院 研究生院， 北京 100039
通过建立电子的离散发射模型并解析求解泊松方程，研究了两平行板电容器之间电子发散注入时电势的分布情况。结果表明：电子注的进入对无电子时两平板之间的电势产生了周期性和非周期性扰动，周期性扰动的平均效果为零，所以电子注产生的扰动主要由非周期性扰动体现。当电子的入射角度在0°～90°时，扰动出现了4个尖峰，除此之外电子注入对电势的扰动基本上为零，这从理论上解释了MICHELL的九粒子发射模型。
平行板电容器 扰动 九粒子发射模型 网格加密 电子发射机制 planar plane capacitor perturbation nine-particle launch model mesh refinement electron launch mechanics
1 内蒙古科技大学 数理生学院,内蒙古 包头 014010
2 中国科学院 电子学研究所,北京 100080
研究了高频段微波同轴谐振腔高阶横磁模式TMn10的系列相关参数,发现对于确定的工作频率,可以根据器件功率的大小与工作环境的不同而比较自由地选择谐振腔的横截面尺寸及TMn10模式的阶数,即在较高频率下,可以采取较大横截面的腔体以便提升功率。根据计算所得的模式图,调节腔体尺寸和选择工作模式阶数,使工作模式与其相邻的模式有较大的模式间隔以增加带宽,并且获得较大的特性阻抗。编程理论计算的大量结果与用高频电磁场软件ISFEL 3D仿真的结果吻合较好。
微波同轴谐振腔 高阶横磁模式 特性阻抗 速调管 microwave coaxial cavity resonator higher-order transverse magnetic mode characteristic impedance klystron
1 中国科学院 电子学研究所 高功率微波源与技术重点实验室,北京 100190
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
通过对螺旋带行波管带上表面电流的Chebyshev展开,得出了色散关系,求出了电场分量和磁场分量的表达式,进而求得了耦合阻抗和耦合磁导纳。计算并分析了一个典型结构的纵向电磁场分量,由这些分量得出的耦合阻抗与Chernin等的结果有很好的一致性,说明了电场表达式的有效性。场表达式可应用于3维行波管CAD的程序编写,耦合磁导纳的计算程序更是行波管CAD不可缺少的部分。
高功率微波 行波管 螺旋带 电磁场 耦合阻抗 耦合磁导纳 high power microwave TWT tape helix electromagnetic field interaction impedance interaction admittance
1 中国科学院,电子学研究所,北京,100080
2 中国科学院,研究生院,北京,100039
3 内蒙古科技大学,数理系,内蒙古,包头,014010
由于实验无法准确测量螺旋带上的面电流分布,在详细比较理论分析与软件模拟异同的基础上,应用3维电磁场计算软件HFSS研究了螺旋带相对宽度与面电流分布的关系.研究表明:螺旋带相对宽度越大,面电流分布越不均匀;当Floquet边界的相位移为90°时,面电流分布最不均匀;面电流分布的均匀性假设在不同频率下有不同的准确程度.
带状螺旋线 面电流 色散 耦合阻抗 相位移
