1 中国科学院电子学研究所,中国科学院高功率微波源与技术国防重点实验室,北京 100140
2 中国科学院大学,北京 100039
相对于高阶工作模式的单腔回旋管,同轴腔回旋管具有缓解模式竞争,提高单模工作的稳定性,以及增大功率容量的优点,宜用于受控热核聚变中的电子回旋共振加热和电子回旋电流驱动而受关注.详细地研究了工作频率为 170 GHz,TE34,11模同轴腔回旋管的结构参数、电子束参数及腔壁损耗对注-波互作用的影响.首先对 170 GHz兆瓦级功率模式选择进行分析,给出了工作模式.再次,基于时域自洽非线性理论,编写了时域单模稳态注-波互作用程序,分析了电流、磁场强度和腔壁欧姆损耗对互作用的影响,并对工作参数进行了优化.模拟结果表明: 当电子束电流为 68 A,工作电压为 65 kV,引导磁场强度为 6. 58 T时,可获得 2. 18 MW的输出功率, 49. 23 %的效率,外腔壁上的欧姆损耗密度峰值为 1. 94 kW/cm2,内导体表面的小于 0. 15 W/cm2; 互作用效率随速度零散增大而降低,输出频率向下偏移; 电子注厚度对互作用也有相似的影响.
物理电子学 回旋管 自洽非线性理论 同轴腔 注-波互作用 physical electronics gyrotron self-consistent nonlinear theory coaxial cavity beam-wave interaction
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
对170 GHz 兆瓦级回旋管单级降压收集极横向磁扫描系统进行了仿真. 采用单级降压收集极一方面回收了废电子注的部分活跃能量同时提升总输出效率超过55%. 横向磁扫描系统的引入扩展了废电子注轨迹长度至1100 mm, 使收集极表面热耗散保持在技术允许范围内. 此外仿真得到了扫描信号的调制深度以及横向线圈数的最优结果38.9%和6, 以及可接受的最大平均功率值117.1 W/cm2 . 为了确保在实际工作中的安全性和可行性, 设计了轴向开槽的收集极冷却系统, 利用软件ANSYS开展了收集极的热和流体分析. 得到收集极内外表面的最高温度各自为156.09℃ 和140.35℃. 进水口和出水口的水温范围分别为20~26.68℃和38.01~58.56℃.
回旋管 单级降压收集极 横向磁扫描系统 热和流体分析 gyrotron single-stage depressed collector transverse field sweeping system thermal and fluid analysis 红外与毫米波学报
2019, 38(4): 04419
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 试验物理与计算数学国家级重点实验室, 北京 100076
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 北京航空航天大学, 电子信息工程学院, 北京 100191
对W波段带状注五间隙耦合腔的高频结构进行了设计与分析, 以一个五间隙耦合腔作为输入腔, 一个五间隙耦合腔作为输出腔, 构成了W波段SBEIK的注波互作用系统, 利用CST粒子工作室对整个注波互作用系统进行了三维计算模拟, 并用Magic 3D对注波互作用计算进行了验证, 结果表明两种PIC软件的计算结果基本一致.该SBEIK在电子注电压为75kV、电流为4A条件下, 仅用两个腔体在W波段实现了高于24dB的增益, 为下一步高增益、高效率、小型化、紧凑型SBEIK 的设计奠定了坚实的基础.
带状注 扩展互作用速调管 注波互作用 W波段 sheet beam EIK beam wave interaction W band
中国科学院电子学研究所 中国科学院高功率微波源与技术重点实验室, 北京 100190
建立了槽区内加载介质的格栅慢波结构模型. 通过Borgnis函数法和场匹配法得到冷态和热态色散方程. 并推导了耦合阻抗的表达式.在稀疏电子注的假设下, 求得增益近似解的表达式.通过数值方法,求解并分析了加载介质对色散关系、基波耦合阻抗、基波相速和基波增益的影响.并指出分别在槽内加载介质和格栅对侧加载介质对高频特性的不同影响趋势.
金属格栅 介质加载 色散 增益 耦合阻抗 metal-grating dielectric loaded gain coupling impedance
1 中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
测取射孔瞬间的动态参数对评价射孔过程具有十分重要的意义，是研究、勘测油田不可缺少的技术。为获得射孔过程中井下的动态压力数据，研制了一种油井测压器。该测压器采用存储测试技术，实时记录射孔及压裂时井下环空压力的变化。测试系统依靠自带电源来保证整个测试过程供电，由于测试系统受到体积的限制，电池体积和容量也较小。针对实测环境对石油井下测试系统进行了低功耗设计，其总体功耗计算和实测结果表明，该测试系统满足井下压力测试方法的要求，从而验证了低功耗设计的有效性。
低功耗 压力测试 电源管理 low power consumption pressure testing power management MSP430 MSP430
1 中国科学院电子学研究所 中国科学院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
提出了一种强耦合式带状注速调管多间隙输出腔, 并将之应用于Ka波段带状注速调管输出腔的设计. 此设计可以获得更好的输出耦合特性和理想的场形. 更重要的是, 这种结构的漂移管允许被设计为对工作频率的截止状态, 从而可以获得更理想的电场场形以利于注波互作用. 从表面电流的角度分析了这种设计的理论依据. 通过使用粒子模拟软件进行仿真, 在中心频率获得了稳定的功率输出, 互作用效率达到50%以上, 3dB带宽约75MHz.
带状注 强耦合 多间隙输出腔 sheet-beam strong coupling multi-gap output cavity
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 100049
分析了矩形截面切伦柯夫脉塞周期金属慢波结构的色散特性，以及结构参数的变化对色散曲线的影响。为避免慢波结构两端突变引起的反射振荡，采用等效电路法分析了用于连接光滑波导和慢波结构的渐变段。将线性形、两段形和指数形的渐变段进行了比较。指数形渐变段末端的功率反射系数最小, 并且整体的变化最平缓， 因此可将其作为实现慢波与快波间转换的较优选择。分析了频率和实际加工误差对指数形渐变段功率反射系数的影响: 在频率较小时，功率反射系数也较小;固定频率下,较小的加工误差能使交界处功率反射系数的变化较平缓。在此基础上设计了一个功率反射系数小于0.01的指数渐变段，实现了工作模式和快波模式之间的良好匹配。与耦合模理论分析方法相比，等效电路方法更为简洁，二者结果相符合。
矩形截面 切伦柯夫脉塞 慢波结构 色散关系 渐变段 rectangular cross-section Cerenkov maser slow-wave structure dispersion relation taper
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
采用单粒子模型, 对有限宽矩形带状电子注在周期会切磁场(PCM)、带偏移磁极的周期会切磁场(offset-pole PCM)和周期会切周期四极磁铁混合磁场(PCM-PQM)聚焦结构中传输的双平面聚焦, 进行了详细的理论和数值分析研究。结果表明:PCM和offset-pole PCM聚焦结构对于实现带状电子注的双平面边缘聚焦比较困难, 原因在于它们无法独立控制电子注水平和垂直两个方向的聚焦。PCM-PQM聚焦结构则非常有效地改善了聚焦, 可以很好地实现带状电子注边缘的聚焦和均匀稳定的传输。
带状电子注 单粒子模型 周期会切磁场 双平面聚焦 边缘聚焦 稳定传输 sheet electron beam single-particle model periodically cusped magnetic fields two-plane focusing edge focusing stable transport 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2935
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
基于微波电路理论和EBMA(extended boundary condition model analysis)电磁计算方法,先后设计了一个工作在9 GHz的4合1和8合1功率合成器.功率合成器可将多个侧壁矩形波导中相同输入的TE10模电磁波在中心圆波导中以TE01模式输出,实现功率的合成.利用EBMA方法和CST软件对所设计功率合成器的传输系数进行了计算,在中心频率9 GHz处,计算结果分别为1.00和0.99,从而验证了功率合成器具有良好的功率合成效果.对于8合1功率合成器,还根据模型简化的想法,使得功率合成器加载后,对输出腔间隙阻抗的计算成为可能.
高功率微波源 X波段速调管 功率合成 电磁匹配 微波等效电路 强激光与粒子束
2007, 19(11): 1865
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
对于在速调管中广泛使用的重入式谐振腔以及内部无漂移管的盒形腔,在忽略漂移管壁厚的前提下,导出了能够准确求解其谐振频率的本征方程,并在此基础上进一步计算了腔体的特性阻抗和固有品质因数.针对具体算例的应用表明,由解析式确定的腔体特性参数与SUPERFISH的数值结果具有很好的一致性.
高功率微波 速调管 重入式谐振腔 特性参数 解析方法
