采用非线性理论探索了同轴多注相对论速调管放大器(CMRKA)的束波互作用特性, 并与PIC结果进行了验证分析。首先推导了实心电子束的几何因子, 然后分别给出了归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程, 并给出了多注速调管放大器的同轴输入腔间隙耦合系数的公式。对于束压为600 kV、束流为5 kA的16注电子束, 当输入腔间隙电压分别为4.6, 32.7, 189 kV时, 采用一维非线性理论和三维粒子模拟程序分别计算了基波电流调制系数和距离的关系, 理论和模拟结果比较一致。当间隙电压为4.6 kV时, 理论计算了多注电子数的个数分别为8,12,16 以及实心电子束的半径与单注电子束通道半径比6/15,8/15,10/15(通道半径不变)时基波电流调制系数随传输距离的变化。结果表明, 随着多注电子数的个数和电子束半径的增加, 基波电流调制系数有逐渐变大的趋势。此外还计算了当间隙电压为20 kV时, 归一化电流和归一化电子束动能随时间的变化和归一化常数N(z)与调制电流的n次谐波的电流调制系数随传输距离的变化。

对平面梯形结构多间隙谐振腔的模式分布、特性阻抗、耦合系数以及工作稳定性进行了研究.在此基础上给出了W波段高峰值功率扩展互作用速调管高频互作用系统设计, 并采用三维粒子模拟(PIC)技术对电子的速度调制、群聚及其与高频场的相互作用和能量转换等物理过程进行了研究, 定量给出了放大器的功率、带宽、效率以及增益等关键技术指标.PIC结果显示: 在中心频率94.52GHz以及电压16kV、电流0.6A的电子注参数下, 最大输出功率达到1.8kW, 相应的增益和电子效率分别为47.7dB和19.4%; 扫频结果显示瞬时3dB带宽为210MHz.

开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究, 并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真, 分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响, 探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明: 合适的漂移段与反射器的引入, 能大大提高输出功率。优化结构参数, 在输入电压480 kV下, 平均输出功率达到774.5 MW, 平均功率效率为32.3%。

使用全三维电磁场粒子模拟程序MAFIA建立了行波管周期永磁聚焦系统模型,计算了磁系统中的磁场分布和静态电子注传输特性.分析了周期永磁系统聚焦电子注传输特性,并重点讨论了磁场强度、磁场端部效应和横向速度分布对电子注聚焦性能的影响.为周期永磁聚焦系统的工程设计和优化提供了有价值的模拟结果.

利用MAFIA软件分别对休斯型耦合腔慢波结构进行了由冷腔到热腔的计算机模拟,并将冷腔模拟结果分别与理论计算结果和实验测试结果进行比较,发现模拟结果更加接近实验值,色散特性的平均误差在0.02%左右,耦合阻抗的平均误差在5%左右,基本满足设计要求;由冷腔模拟结果导入MAFIA三维粒子模拟模块中进行注-波互作用模拟,对其工作机理进行了定性分析.