95GHz回旋管内置准光模式转换器仿真设计

高功率毫米波回旋管输出的高阶模式不利于空间传输,必须进行模式转换。由于不便采用波导模式转换器,因此对内置准光模式转换器进行了研究。内置准光模式转换器由Vlasov辐射器、准抛物柱面镜和相位修正镜组成。基于标量衍射理论和KSA算法,编制了数值模拟程序,设计了相位修正镜。计算分析了参考平面处的场分布,表明该准光模式转换器的标量转换效率大于98%,矢量转换效率大于93%。计算结果表明,该方法可以高效地指导准光模式转换器的设计。

95GHz准光模式转换器实验研究

介绍了采用95 GHz准光模式转换器将TE62模式转换为高斯波束的实验测试结果。准光模式转换器由螺旋切口的Vlasov辐射器、一个准抛物柱面反射镜和两个相位修正镜组成。将半径5.62 mm圆波导内的TE62模式转换为束腰直径22.4 mm的高斯波束。实验采用毫米波天线近场扫描测试系统测试,实验结果表明标量转换效率大于97%,矢量转换效率大于88%。

140 GHz/50kW回旋管的研制与测试

回旋管在毫米波与太赫兹频段能够输出高峰值功率和高平均功率,具有重要的应用需求。本文基于回旋管束波互作用理论设计了一只140 GHz回旋管以用于磁约束聚变中电子回旋加热相关元件的测试和老炼,目标是实现最大输出功率不小于50 kW,具备脉冲工作及连续运行能力,且具有一定的频率和功率调节范围以适应测试的需求。根据设计结果开展了该回旋管的研制与测试,在阴极电压-37.2 kV,控制极电压-12.19 kV,阳极电压+11 kV,束流3.4 A,工作磁场约5.3T下获得最大脉冲输出功率56 kW,功率可通过工作电流和磁场进行调节,同样的调节手段还可以使频率获得约80 MHz的调节范围。重点对起振电流、功率曲线和频率曲线等进行了理论计算结果和实验结果的对比,二者获得了良好的一致。由于初步实验中观察到了大于50 kW连续波功率输出时窗片的过温现象,因此降低功率在20.3 kW开展了连续运行实验,结果表明在该功率下回旋管连续运行状态稳定,可以用于后续聚变元件测试和老炼工作的开展。