1 中国科学院 近代物理研究所,兰州 730000
2 中国科学院 研究生院,北京 100049
3 Institute of Applied Physics,Goethe University,Max-von-Laue-Str 1,D60438,Frankfurt-am-Main,Germany
中国科学院近代物理研究所正在进行等离子体直接注入方案的研究,以便为重离子物理研究提供稳定可靠的高流强束流。由于工作频率较低,用于等离子体直接注入方案的RFQ腔体采用了适合于低频的四杆型结构。在完成束流动力学设计的前提下,研究了RFQ腔体支撑臂的各参数对并联阻抗的影响。由于突出电极之间存在着一定大小的电容,会对腔体的性能产生影响,为使腔体达到最优化的设计,进行了突出电极对并联阻抗及场平整性的影响的研究,并给出了突出电极的取值范围。
重离子加速器 突出电极 并联阻抗 场平整性 heavy ion accelerator MAFIA MAFIA projecting electrodes shunt impedance flatness
1 清华大学,物理系,北京,100084
2 清华大学,工程物理系,北京,100084
针对向内发射同轴虚阴极振荡器进行了1维理论分析,给出了电流电压关系的数值解,估算了同轴漂移区空间电荷限制流及虚阴极位置;同时使用MAFIA程序进行了全3维PIC数值模拟研究,通过调节阴极电子发射区与阳极反射板之间距离进行了一系列计算,得到了圆波导中各传输模式频谱及功率.结果表明,尽管使用圆周对称的同轴结构,输出模式中TE11和TM01仍占主导地位,两种模式共同存在,相互竞争.在最佳情况下,当二极管电压为250 kV,电流为20 kA时,得到了微波输出总功率最高为740 MW,功率效率超过10%,主频为3.18 GHz,同时含有较强TE11和TM01模式成分的微波输出.
高功率微波 同轴虚阴极振荡器 MAFIA程序 数值模拟
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
利用3维电磁场计算软件MAFIA对L波段100 kW多注速调管的多注电子光学系统进行了模拟计算.通过编写宏程序使MAFIA可以计算旁轴电子枪的性能参数,给出了磁场分布并分析了磁场的差异对电子轨迹的影响.模拟表明:中心注磁场具有轴对称性,在均匀区,轨迹的波动性最小,电子轨迹的层流性也最好;内层电子注径向磁场较小,轨迹的波动性略大于中心注的情况;外层电子注靠近极靴处径向磁场最大,电子轨迹的波动最大,层流性最差.计算并模拟显示了18个电子注在收集极入口处的发散情况.
高功率微波 多注速调管 3维电子光学 MAFIA
为实现渐变螺距螺旋线慢波结构高频参数的高精度估计,基于MAFIA仿真平台,研究了螺距变化对超宽带螺旋线慢波系统(4～18 GHz)的色散、互作用阻抗与衰减常数的影响,获得了各高频参数随螺距变化的规律.研究表明:相速几乎随螺距增大而线性变大,互作用阻抗与螺距是非线性的关系,衰减常数随螺距增大而非线性地减小;由于在维持电子注与电磁波速度同步的限制下,螺距变化的幅度不可能很大,因此可近似按线性关系来处理互作用阻抗及衰减常数与螺距之间的关系.由此提出了一种可精确计算渐变螺距螺旋线慢波结构高频参数的方法线性插值法.
高功率微波 螺旋线慢波系统 高频特性 线性插值法 MAFIA
中国科学院电子学研究所,微波器件中心,北京,100080
对几种用3维MAFIA仿真软件以及利用其准周期边界条件和后处理模块计算耦合腔行波管慢波结构的色散和耦合阻抗等冷测特性的方法进行了讨论,另外还对两种阻抗总阻抗和Pierce耦合阻抗的定义进行了充分讨论.考虑到休斯结构耦合腔行波管的电子是与耦合腔慢波结构的负一次谐波发生作用和耦合阻抗应该是电子注截面上的平均值等,指出总阻抗和Pierce耦合阻抗之间相差一个因子,考虑了这个修正因子之后,其结果将更接近实际情况.用这些方法计算耦合腔行波管的冷测特性,得到了与实验冷测值十分接近的结果.
行波管 耦合腔行波管 色散 耦合阻抗 Traveling-wave tube Coupled cavity slow-wave structure Dispersion MAFIA Interaction impedance MAFIA
1 清华大学工程物理系,北京,100084
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
为了给回旋行波放大器中螺旋管的设计提供一种简单易行的计算和优化方法,构建了特定的螺旋型回旋管模型,并用色散特性方程和MAFIA软件计算了其色散特性.采用MAFIA软件计算时,由于周期条件,相移从-180°到180°,每30°计算一次,对应的传递常数从-0.837 8 cm-1变化到0.837 8 cm-1.由于在准周期条件中相应的相移对应相应的传递常数,求解出对应的基模频率,通过模式识别,得出耦合以后的模式频率,即可以得出色散曲线.结果表明:在8.3～10.6 GHz的工作频率范围内,两者的计算结果吻合较好,相对偏差小于0.5%.色散曲线趋于斜率为正的直线,该特性说明了螺旋型回旋行波管具有较高的工作效率和较宽的带宽.
色散特性 MAFIA软件 回旋行波管 螺旋波导 模式耦合 Dispersion characteristics MAFIA Gyro-TWT Helical waveguide Model coupling
中国科学院,电子学研究所,微波器件中心,北京,100080
介绍了用MAFIA软件的准周期边界条件计算螺旋线行波管慢波结构的色散和耦合阻抗,以及用ANSYS软件对螺旋线径向挤压变形建模的方法,并对螺旋线受挤压径向变形对其冷测特性的影响进行了详细的分析.结果表明:螺旋线径向挤压变形会导致相速增大,而在通常的变形范围内耦合阻抗也会增加;当变形继续增大时耦合阻抗上升到最大值后开始下降.
行波管 螺旋线慢波结构 色散 耦合阻抗 MAFIA软件 ANSYS软件 Traveling-wave tube Helical slow-wave structure Dispersion Interaction impedance MAFIA ANSYS
使用二维有限差分法分析软件Superfish和三维有限积分法分析软件MAFlA,对142.8MHz次谐波聚束腔的结构进行了模拟和优化研究,给出了聚束腔结构优化设计的步骤和方法,确定了优化后聚束腔的基本结构.分析比较了Superfish和MAFIA两个软件的模拟优化结果,得出了基本一致的结论.还探讨了Superfish和MAFIA在聚束腔设计中的应用方法.
束流动力学 次谐波聚束腔 有限差分法 有限积分法 Beam dynamics Sub-harmonic buncher Superfish Superfish MAFIA MAFlA Finite difference method Finite integration method
1 电子科技大学,电子工程学院,四川,成都,610054
2 电子科技大学,物理电子学院,四川,成都,610054
分别采用有限元算法软件(HFSS)和有限积分法软件(MAFIA)对相对论行波管盘荷波导慢波结构进行建模,求出了相应的色散曲线.在此基础上设计了可用于相对论行波管的一种宽带和一种窄带的盘荷波导结构.加工了它们的冷测模型,测试曲线和模拟曲线吻合很好,从而验证了这两种软件尽管计算方法不同,但都可以对行波管慢波结构本征值问题进行求解.
盘荷波导 色散特性 Disk-loaded waveguide Dispersion characteristics HFSS HFSS MAFIA MAFIA
电子科技大学,物理电子学院,四川,成都,610054
分析了以往电子光学模型进行电子枪模拟工作过程及存在的缺陷,指出粒子模拟方法能够全面考虑空间电荷限制和温度限制、阴极热初速、电子注非层流性等因素,研究电子注的瞬态和噪声特性,是一种更准确的电子枪模拟方法.以某电子枪为例,运用Mafia PIC模块进行了模拟计算,与实验结果对比表明Mafia粒子模拟具有相当精度,可用于指导微波管电子枪工程设计.
电子枪 计算机辅助设计 粒子模拟 Electron gun Computer-aided design(CAD) Particle-in-cell(PIC) MAFIA MAFIA
