220 GHz周期介质加载波导回旋行波管的理论设计与PIC仿真

通过理论研究和粒子仿真(Particle in Cell,PIC),设计了一支工作在基波TE01模式下,采用周期性介质加载(PDL)波导的220 GHz回旋行波管(gyrotron traveling wave tube,Gyro-TWT)。通过研究寄生振荡的起振阈值和加载介质环,成功抑制了寄生振荡(绝对不稳定性振荡和返波振荡)。分别采用了非线性理论程序与粒子仿真对注波互作用进行研究,对比了两种结果基本一致。PIC仿真结果显示,优化后的回旋行波管,工作在220 GHz时,在输入70 kV和3 A电子注的情况下,饱和输出功率为55.61 kW,对应的效率为26.48%,饱和增益为53.56 dB,-3 dB带宽为12 GHz。

同轴内外开槽谐振腔磁波模式的特征根研究

同轴回旋管是目前应用于ITER计划的高功率微波源,随着频率和功率要求的提高,通常选取高阶模式来增大功率容量,但同时也带来了严重的模式竞争问题。同轴内外开槽回旋管利用内外半径比和槽参数的变化,能有效降低模式谱的密度从而能够有效抑制模式竞争。本文利用全波匹配法,推导并求解了同轴内外开槽谐振腔的特征根方程,得到了对同轴开槽结构高阶模特征根分析的更准确结果。

0.65 THz回旋管双阳极电子枪的模拟与设计

针对0.65THz二次谐波回旋振荡管的需求,对双阳极电子枪结构参量进行PIC模拟仿真。由于0.65THz二次谐波回旋管高频结构尺寸非常小,电子注与波互作用的引导中心半径更小,若要实现太赫兹器件的高功率、高效率输出,要求电子注速度离散足够小,层流性较好,需要对双阳极电子枪结构进行优化。经过大量模拟优化,得到了较好的结果,其电子注横纵速度比为1.28,速度离散为7.6%。