兰切斯特方程的推广及其作战应用

对兰切斯特方程进行推广后,得到了考虑兵力增援和自然损耗、多兵种混合作战、基于系统动力学描述的3个新的兰切斯特方程。在给定实际作战参数的条件下,将基于系统动力学描述的战争模型和其他两个推广兰切斯特方程所得的战争模型相结合,得到了更符合实际战争的模型结果。

1.6GHz同轴相对论返波振荡器耦合阻抗(英文)

研究了计算同轴正弦型慢波结构耦合阻抗的方法,以及慢波结构参数变化引起的共振点变化对各次空间谐波振幅的影响。得到了1.6GHz同轴相对论返波振荡器耦合阻抗随其慢波结构参数的变化规律,并与相应的效率模拟结果进行了比较。结果表明在近线性范围内耦合阻抗结果和模拟结果符合得很好。并用表面波理论对两种结果之间存在的误差进行了分析。

O型同轴慢波器件的纵向模式选择研究

利用S参数理论,研究了O型同轴慢波结构中最低工作模式对应各纵模的频率、场分布和Q值,并分析了慢波结构周期数对纵模的数目及各纵模Q值的影响。在此基础上提出在O型同轴慢波器件中使用同轴引出结构,可减少慢波结构周期数,不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争,从而提高器件效率、稳定产生微波频率。最后利用PIC方法对理论分析进行了模拟验证。

用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计

为实现模块化相对论速调管放大器功率、频率和相位的在线测量,对紧凑型高定向性高带宽的定向耦合器进行了仿真和实验研究。利用小孔耦合理论和相位叠加原理进行理论分析,设计了一种双孔紧凑型定向耦合器,在此基础上采用主、副波导正交连接,耦合孔沿轴向和角向二维分布的方法,进一步缩短了耦合器的长度。通过电磁仿真对耦合器各参数进行优化,模拟结果表明:当中心频率为10 GHz时,普通双孔定向耦合器对TM01模式的耦合度为−60.68 dB,在250 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度为3.49 cm。改进型定向耦合器对TM01模式的耦合度为−58.1 dB,在300 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度仅为1.8 cm(约0.6λ)。耦合器的冷腔实验测量结果与仿真结果符合较好。

碳纳米管和天鹅绒阴极强流发射特性的对比研究

采用电泳沉积法、碳纳米管纸和化学气相沉积直接生长法制备了三种碳纳米管阴极.从强流发射性能、阴极等离子体膨胀、阴极起动、发射均匀性、工作稳定性以及脉冲放气特性等多个方面,对比研究了碳纳米管阴极和化纤天鹅绒阴极的强流发射特性.研究表明:碳纳米管阵列和碳纳米管纸阴极发射性能明显优于普通化纤天鹅绒,碳纳米管阴极发射性能与碳纳米管取向无关,管壁的缺陷发射对无序碳纳米管阴极强流发射具有重要贡献;碳纳米管阴极的起动场强约为普通化纤天鹅绒的2/3,电场上升率相同时碳纳米管阴极比化纤天鹅绒阴极起动时间短12—17 ns;碳纳米管阴极发射均匀性优于化纤天鹅绒,尤其是碳纳米管阵列,整个阴极表面等离子体光斑致密且均匀;在二极管本底气压为6×10^(-3)Pa时,碳纳米管纸阴极对应的二极管峰值气压不到0.3 Pa,约为普通化纤天鹅绒阴极的1/5,碳纳米管阵列阴极放气量在三种阴极中最少,仅为0.042 Pa.结果表明,碳纳米管阴极在强流电子束源和相关高功率微波器件领域具有潜在的应用价值.

K波段同轴渡越时间振荡器研究

为增大高频段器件的输出功率,基于电子束调制深度与器件功率容量两个因素,设计了一种K波段高功率同轴渡越时间振荡器。采用高外观品质因数Qe值的三间隙矩形调制腔与低Qe值单间隙梯形调制腔级联的两级调制结构,提高了电子束调制深度;采用双通道分布式能量提取结构,增大了器件功率容量。利用粒子模拟软件对所设计的器件进行了仿真和优化,仿真结果表明:在二极管电压为500 kV,二极管电流为10 kA,外加导引磁场磁感应强度为0.74 T的条件下,获得了2.2 GW的微波输出功率,束波功率转换效率达44%,输出微波频率为18.55 GHz,且频谱纯净。

X波段无导引磁场Cerenkov型振荡器的仿真研究

利用2.5维粒子模拟软件Karat对一种无导引磁场X波段Cerenkov型高功率微波振荡器开展了仿真研究,利用冷腔色散曲线模型与Superfish电磁场分布模拟软件选择了工作点,设计了基本模型。在基本模型的基础上进行仿真优化,通过采用内外约束阴极环提高电子束质量,采用锥变型收集极优化器件Q值、增加模转效率、纯化输出微波模式,优化非均匀锥形慢波结构增强束波作用,最终使器件效率从17%优化到30%,输出功率达到1.8GW,输出微波模式为TEM模,频率9.1GHz,对应二极管工作电压620k V、电流9.4k A.

向内发射磁绝缘振荡器

提出了一种向内发射磁绝缘振荡器,并给出了微波轴向提取的方法。这种新型结构通过外置阴极、内置阳极,使参与束波作用的轮辐电流通过阳极回流提供了自磁绝缘的角向磁场,有提高器件效率的可能。而外置阴极使阴极的发射面积增大,发射电流密度减小,有利于延长阴极寿命。通过粒子模拟,得到了几何参数与磁绝缘线振荡器输出功率的关系。在电压890 kV,电流56.1 kA下,输出功率为3.6 GW,频率为8.2GHz。

切伦科夫辐射的强流电子束均匀性光学诊断

透明介质中带电粒子的运动速度大于介质中的光速时就会产生切伦科夫辐射光。搭建了基于切伦科夫辐射光的强流电子束均匀性诊断系统,实现了时间和空间分辨的纳秒级电子束均匀性光学诊断。利用程序对诊断系统进行设计。在此基础上对两种天鹅绒阴极发射均匀性进行光学诊断测量。结果表明:在相同电参数下,碳纤维天鹅绒较化纤天鹅绒具有更好的发射性能,与之对应的切伦科夫辐射光斑面积更大,其亮度扫描曲线不但中心增强区域较化纤天鹅绒宽,在其边缘附近也有较强的亮度分布;通过分析切伦科夫辐射光斑的分布和强弱的时间分辨图像,可以得到阴极在电脉冲过程中的运行状态,具有10ns^100ns级时间分辨特性。

X波段高功率相对论速调管放大器研究

为进一步提高X波段相对论速调管放大器的输出功率,采用理论分析与粒子模拟的方法对双群聚腔级联式相对论速调管放大器进行了研究。分析了提高注入腔对注入微波吸收效率的方法,分析了群聚腔调制能力与腔体模式、Q值等参数的关系,分析了输出腔提取效率与Q值的关系。在三维粒子仿真中,设计了模式反射器抑制TEM模式泄露与杂模振荡,得到了功率超过2.5 GW,频谱纯净,频率锁定为8.40 GHz,输出输入微波相位差稳定,抖动不超过2°的高功率微波输出。

Initiation of vacuum breakdown and failure mechanism of the carbon nanotube during thermal field emission

The carbon nanotube （CNT）-based materials can be used as vacuum device cathodes. Owing to the excellent field emission properties of CNT, it has great potentials in the applications of an explosive field emission cathode. The falling off of CNT from the substrate, which frequently appears in experiments, restricts its application. In addition, the onset time of vacuum breakdown limits the performance of the high-power explosive-emission-cathode-based diode. In this paper, the characteristics of the CNT, electric field strength, contact resistance and the kind of substrate material are varied to study the parameter effects on the onset time of vacuum breakdown and failure mechanism of the CNT by using the finite element method.

Ku波段径向线相对论速调管放大器的仿真与设计

高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一,其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA,主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数,说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式,Q值较大,有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式,在注入功率仅10 kW情况下,实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明,该器件具有效率高的优点,在电子束电压400 kV,电流5 kA,磁场强度0.4 T条件下,得到功率825 MW,频率14.25 GHz,效率41%的微波输出。