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
根据微波网络理论, 将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展, 使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法, 结合软件仿真, 计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔, 分别得到该回路工作在2π模式下的阻抗实部与虚部的频率特性, 并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析, 进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。
速调管 双间隙输出腔 双耦合口 间隙阻抗 klystron double-gap output cavity double coupling apertures gap impedance
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
基于等效电路理论，提出了一种双间隙双耦合口输出结构的设计方法及计算双耦合口输出腔外观品质因数的方法。利用三维电磁场软件，设计了满足阻抗频率特性要求的双间隙单耦合口输出结构及前置腔和输出腔分别具有相同参数的双间隙双耦合口结构。然后，将两者的阻抗频率特性进行比较，通过微调整该输出腔与耦合槽的尺寸，可以得到与单耦合口输出结构一致的阻抗频率特性曲线。
速调管 双耦合口 双间隙输出腔 间隙阻抗频率特性 klystron double coupling apertures doublegap output cavity impedancefrequency characteristics
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 高功率微波技术重点实验室， 四川 绵阳 621900
设计了工作在X波段的相对论速调管放大器同轴双间隙输出结构，并采用3维PIC程序对其进行了粒子模拟，分析了输出微波功率随直流渡越角、输出腔品质因数值等相关参数的变化，对输出腔体结构进行了优化设计。模拟结果表明：同轴双间隙输出结构可以降低束流的势能，增加束流与腔体的作用时间，提高速调管的微波提取效率。模拟中采用束压600 kV、束流5 kA、调制深度100%和峰值频率9.37 GHz的电子束以及1T的轴向引导磁场强度，得到了周期平均功率1.2 GW、峰值频率9.37 GHz、效率40%的微波输出。
X波段 相对论速调管 同轴双间隙输出腔 粒子模拟 X-band relativistic klystron amplifier coaxial double-gap output cavity particle-in-cell simulation
中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔高频系统的设计，并利用3维粒子模拟程序模拟和优化了短脉冲强流相对论调制电子束经过双间隙输出腔后的微波提取。在束压640 kV、束流6 kA、基波调制深度80%的条件下，模拟得到功率为1．1 GW的微波，频率约为2．85 GHz，效率28%。在高频分析和粒子模拟的基础上进行了实验研究，实验中采用束压640 kV、束流6 kA的环行电子束，经过优化调节RKA参数，在中间腔后得到了约4．6 kA的基波调制电流，加上双间隙提取腔后从该RKA获得了频率为2．9 GHz、功率为1 GW、脉宽22 ns的输出微波，束波转换效率26%。
高功率微波 相对论速调管放大器 双间隙输出腔 S波段 短脉冲电子束 High power microwave Relativistic klystron amplifier Double-gap output cavity S-band Short pulsed electron beam
中国工程物理研究院,应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
建立了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔开放腔的3维模型.采用时域有限差分法,通过监测激励电流源的响应计算了该双间隙输出腔的谐振频率、有载Q值、场分布以及特性阻抗,并分析了腔体结构尺寸对谐振频率、有载Q值和特性阻抗的影响.研究表明:腔体半径对开放腔的谐振频率影响很大,耦合孔尺寸对腔体谐振频率的影响较小;随着耦合孔张角增加,有载Q值逐渐减小;随着腔体半径增大、间隙的减小,腔体特性阻抗降低.研究结果可为S波段强流相对论速调管放大器双间隙输出腔的设计提供理论依据.
相对论速调管放大器 双间隙输出腔 时域有限差分法 谐振频率 有载Q值 场分布 特性阻抗 强激光与粒子束
2007, 19(10): 1709
中国工程物理研究院,应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
用3维PIC程序对S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔内的微波提取情况进行了模拟,给出了产生微波的详细物理图像.模拟结果表明:采用双间隙输出腔能增加束波互作用长度,使提取到的微波功率和效率得到提高.模拟得到了输出微波功率随直流渡越角、随电子束外径与漂移管之间的距离、随基波调制深度以及耦合孔径向间距变化的规律.在电子束压580 kV、束流4 kA、基波调制深度80%、引导磁场1.5 T的条件下,模拟得到周期时间平均功率800 MW,频率约2.85 GHz,周期时间平均效率34.8%的微波.
相对论速调管放大器 双间隙输出腔 粒子模拟 S波段
中国工程物理研究院应用电子学研究所高功率微波技术研究室,四川,绵阳,621900
从双间隙分离腔的色散关系式出发,通过数值计算求出了分离腔中TM010模对应的谐振频率,并给出了腔内轴向电场的分布图,证实了分离腔中存在着电场反相的π模场。因此,可以将其用作电场反相的双间隙输出腔,来实现双间隙提取。并用2.5维粒子模拟程序卡拉特(KARAT)程序对这种分离腔输出回路进行了粒子模拟和优化设计。通过详细的冷测和调试实验,研制出了中心频率为3.74GHz,QL值为7.8的低QL值双间隙输出腔。
双间隙输出腔 分离腔 高频特性 阻抗匹配 double-gap output cavity the split cavity high-frequency character impedance matching
