1 电子物理与器件教育部重点实验室(西安交通大学)， 西安 710049
2 西北核技术研究所， 西安 710024
提出一种高效率预调制型同轴虚阴极振荡器，进行了数值模拟研究。研究表明：径向束流预调制型同轴虚阴极振荡器利用在束-波互作用区加载金属圆环形成谐振腔，改变束-波互作用区的电场，对电子束进行调制。圆筒形金属形成的调制腔产生的电场既对电子束进行了调制，同时对微波频率进行了锁定，其谐振频率主要是由加载的金属圆筒的长度和两个圆筒之间的径向距离决定。经过优化设计，在600 kV，73 kA无外加引导磁场的条件下，预调制型同轴虚阴极振荡器获得了平均功率6 GW，频率为2.575 GHz的微波输出，效率达到13.94%。
高功率微波 同轴虚阴极振荡器 谐振腔 预调制 粒子模拟 high power microwave coaxial vircator resonant cavity premodulation PIC simulation 强激光与粒子束
2014, 26(6): 063036
1 清华大学 工程物理系 高能辐射成像国防重点学科实验室,北京 100084
2 西北核技术研究所, 西安 710024
利用求解格林函数的方法,对束流预调制型同轴虚阴极振荡器进行了初步理论分析。分析结果表明,相同参数入射电子束同轴虚阴极振荡器的束波转换效率正比于预调制深度的平方,提高预调制的深度可以很好地提高束波转换效率;任意的束波互作用区结构参数和入射束流分布参数,都会存在一个对应工作状态下最大束波转换效率的最佳预调制频率,合理选择预调制频率可以优化同轴虚阴极振荡器的微波输出。
同轴虚阴极振荡器 束流预调制 格林函数 束波互作用 coaxial vircator beam premodulation Green function beam-wave interaction
1 西南交通大学,电磁场与微波技术研究所,成都,610031
2 中国工程物理研究院,应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
提出了一种新型的径向三腔同轴虚阴极振荡器,并对其进行了理论分析和数值模拟.这种虚阴极振荡器采用径向三腔结构,通过改变束-波互作用区的电场分布来提高电子束与TM01模式的耦合效率,并通过采用准谐振腔的结构来进一步抑制模式竞争以获得较高的输出微波增益.同时采用能量同轴提取的方式进一步提高器件的功率和效率.粒子模拟结果表明,在二极管电压400 kV,束流50 kA的条件下,径向三腔同轴虚阴极振荡器在4.14 GHz处获得了平均功率约2.45 GW的微波输出,功率转换效率达到12%.输出微波模式纯度较高,频谱非常窄.
高功率微波 径向三腔 同轴虚阴极振荡器 能量转换效率 数值模拟
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 西南交通大学,电磁场与微波技术研究所,成都,610031
2 中国工程物理研究院,应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所关于同轴虚阴极振荡器实验的最新进展.实验结果表明,带阳极反射板结构的同轴虚阴极振荡器比不带阳极反射板结构的同轴虚阴极振荡器输出微波功率更高,频谱更纯.在二极管电压350 kV,电流23 kA条件下,输出微波峰值功率500 MW,能量转换效率约6.2%,工作频率为3.3 GHz.对实验结果进行了理论分析.
高功率微波 同轴虚阴极振荡器 谐振腔 能量转换效率
提出了一种双同轴虚阴极振荡器,并对其进行了理论分析和数值模拟.这种振荡器采用了一种新的能量提取结构,将波束相互作用和能量提取分开进行.提取区内轴的左端面可以反射微波,为波束相互作用提供反馈机制;同时还可以吸收在下游漂移的电子,这有利于输出功率和效率的提高.在器件的入口处注入峰值电压为500kV的梯形脉冲时,模拟得到了瞬时峰值功率大于2.5GW,周期平均的峰值功率约1.2GW的微波输出,频率为2.175GHz,能量提取效率达到11%.输出的微波保持了传统同轴虚阴极振荡器的优点,模式纯度高、谱宽非常窄.
双同轴虚阴极振荡器 能量提取结构 数值模拟 Bicoaxial vircator Energy extraction structure Numerical simulation 强激光与粒子束
2003, 15(11): 1079
