8mm三次谐波潘尼管的理论设计与粒子模拟研究

潘尼管是利用电子在高频结构中的位置选择机制实现注波净能量交换的回旋器件,具有高效率与低磁场的显著特点。本文在简述其基本原理的基础上,研究了其设计理论与方法,进行了相应的数值计算,设计了一只8 mm波段三次回旋谐波潘尼管:采用4开槽渐变到圆波导的开放式谐振腔高频结构,2π工作模式,束电压43.5 kV,束电流1.45 A,最后采用3D-PIC模拟软件进行验证、优化。模拟结果显示,该器件可获得37.8 kW平均输出功率,器件效率可达到60%,展示了其作为高效永磁包装器件的良好应用前景。

8mm三次谐波潘尼管大回旋电子枪设计

根据现有磁体条件和工艺设计了一过渡区较长的倒向磁场系统,其主磁场为0.396T,反向磁场为-0.033T,并给出了一种实用8mm三次谐波潘尼管电子枪的设计结果。该大回旋电子枪工作在43.5kV,1.45A下,阴极可置于轴向磁场幅值渐减区域。该结构电子枪不追求在通过反转点之前形成薄的环形电子束,不利用突变倒向磁场,不需要刻意控制磁力线与电子注包络走向的一致性,显著降低了调试的难度和要求。最终优化所得电子注的纵向速度零散为4.78%,偏心率为7.18%,速度比高达2.2,而速度比的零散仅为4.88%,满足三次谐波潘尼管的要求。经大信号模拟计算,在该电子枪驱动下,潘尼管器件功率可达31.9kW,效率高达49.4%,总体参量仍具有吸引力且建立在可实现的电子光学系统基础上。

高次谐波开槽潘尼管中的电子轨道研究

利用自洽非线性理论研究了8 mm 3次回旋谐波开槽潘尼管注波互作用。首先,明确地揭示了在高次回旋谐波开槽潘尼管中,电子回旋谐波次数,高频场分布,决定了不同初始相位电子的电子能量分布以及引导中心漂移规律,指出当回旋半径减小,引导中心偏移达到一定程度时,谐振条件被破坏限制了高次谐波潘尼管效率的提高,并提出了通过优化磁场分布提高效率。最后,进一步研究了电子纵向速度离散、偏心和电流大小等因素对互作用效率的影响,表明在实验可达到的电子注质量下,研制实用的高效高次谐波潘尼管是可行的。

高频高效率混合型潘尼管的理论分析

对混合型潘尼管作了等离子体动力学分析和非线性粒子模拟。动力学的分析结果指出，混合型潘尼管是基于潘尼管工作机理的一种混合器件．非线性模拟验证了这一结论，并指出混合型潘尼管具有二个优点：高效率和高频率．

W波段磁控管型高次谐波潘尼管的研究与设计

针对在高频率、高效率、低磁场及低电压工作方面具有自身独特优势的磁控管型高次谐波潘尼管进行了研究与设计。通过对磁控管型谐振系统的研究,指出了工作在高次谐波时谐振系统设计与谐波次数选择的问题。在此基础上完成了对采用11腔、工作在2π模式的高次谐波潘尼管的设计。3维粒子仿真和优化的结果表明:该器件可以在磁场为0.379T、工作电压为30kV、工作电流为1A、横纵速度比为2的条件下,在W波段(99.1GHz)得到8.6kW的功率输出,相应的束波转换效率达28.7%。

回旋潘尼管的工作原理

根据发展和结构的不同 ,叙述了 4类潘尼管的工作原理 ,分别是双对脊波导结构行波潘尼管、圆波导结构和磁控管型波导结构的回旋潘尼管、空间谐波工作的回旋谐波潘尼管。此外 。

内外开槽同轴潘尼管波导传播特性

推导了内外开槽同轴波导和外开槽圆波导的特征方程。数值模拟了内外开槽同轴波导及外开槽圆波导中2π模式的传播特性,研究了开槽深度与截止波数的关系及内外开槽潘尼管频率与各个半径之间的关系。结果表明:内外开槽同轴波导的特征值随内开槽深度的增加而增大,随外开槽深度的增加而减小;内槽半径对频率的影响很小,外槽半径起主要作用。

一种高频高效自由电子激光潘尼混合器件

本文研究了直流和纵向摇摆器混合磁场中旋转运动电子束与潘尼管电磁模式相互作用不稳定性的情况．研究结果指出这种不稳定性基于潘尼管的工作机理，但它工作在ω＝ωc＋kwv||的混合频率上．因此这种器件具有高效率和高频率工作双重优点．在数值模拟中找到36％的高效率．此外，其输出功率随摇摆器磁场具有连续可调性．

W波段6次谐波外开槽潘尼管高频结构研究

潘尼管是利用电子在高频结构中的位置选择机制实现驻波净能量交换的回旋器件,具有高效率与低磁场的显著特点。本文对W波段6次谐波外开槽结构潘尼管进行了研究,推导出外开槽结构波导的特征方程。并就开槽数为7,工作在2π模式下的这种结构的频率与各个半径之间的关系作了分析。研究了不同槽深所对应的色散曲线以及间隙半张角对特征值的影响。结果表明:开槽越深特征根越小,间隙半张角越大,特征值曲线下降速度越快。

潘尼管和回旋管的比较

简要叙述了回旋管和潘尼管在高频结构中使用磁控管型波导和回旋谐波工作的进展 ,对两种管子 (用圆波导、磁控管型波导为高频电路 )在工作原理上以及谐波工作性能上的主要异同点进行了比较。提出潘尼管将是满足毫米波通讯。

矩形波导结构潘尼管工作特性的分析

本文导出了一般TE_(no)模矩形波导结构潘尼管的色散方程,对潘尼管作了更明确的解释,并详细计算了TE_(20)模潘尼管的色散方程,得到其基波和第三次谐波同步谐振的色散曲线。该曲线表明,潘尼管在基波谐振上有1.5%的增长率,而在第三次谐波上有0.8%的平均增长率。此外,用非线性理论分析基波和第三次谐波同步谐振时的工作情况,给出了电子饱和时的电子分布图。在常直流磁场下优化结果表明,潘尼管在其次谐振时有51%的高效率和QP_w=9949.9MW 的输出功率,而在第三次谐振时有11%的效率和QP_w=1741.8MW 的输出功率。