强流相对论环形电子束在低磁场中传输分析

用理论和粒子模拟相结合的方法分析了强流薄环形相对论电子束在低磁场导引下,在均匀波导,无箔二极管,以及锥形波导和渐减磁场位形条件下的传输过程,研究了束包络的波动和如何减少波动的问题。分析表明:在无箔二极管中一个适当渐增的磁场位形可以有效地抑制束电子的径向运动,从而减少电子在波导中的波动幅度;电子束在锥形波导和渐减磁场位形中运动,不会增加束电子的波动。因此适当的磁场位形可以降低微波器件对导引磁场的要求,有利于实现永磁包装微波器件。

周期会切磁场聚焦强流相对论带状电子束的理论分析和粒子模拟

对低幅值、短周期、有偏置磁极的周期会切磁场中300 keV,3 kA带状电子束的传输进行了理论分析和粒子模拟。给出了将波导宽度考虑在内的轴向均匀带状电子束的空间电荷场和作用在有限厚度的带状电子束的短边和宽边上的聚焦力的表达式,并利用束匹配的方法得到了磁场的幅值和周期,以及电子束通道的宽度和高度等参数。最后根据理论计算的结果进行了3维粒子模拟验证,结果表明:束宽边上聚焦良好,而在短边上带状电子束的轴向有限长效应使得聚焦力与散焦力沿轴向不能完全匹配,在束包络上产生了Betatron振荡,但在300 mm的距离上传输效率仍能达到98%以上,说明有偏置磁极的周期会切磁场聚焦强流带状电子束在理论上是可行的。

电子束在等离子体微波器件中的脉动

对填充等离子体漂移空间小脉动电子束进行了近似分析，对大脉动电子束进行了较精确的计算，结果表明虽然α区和β区束的脉动性能各不相同，但幅度和波长均受限于电子入射的初始条件和等离子体参数，当其它条件给定后存在一最佳等离子体填充密度。

多电子束发射相对论返波管的三维数值模拟

在X波段相对论返波管中引入多电子束发射阴极,采用三维共形全电磁PIC粒子模拟软件对返波管进行了模拟。结果表明:多电子束发射阴极的面积为环形阴极面积的20%,产生的电流与环形阴极相同;采用多电子束发射阴极的相对论返波管能稳定地输出功率。与采用环形阴极的相对论返波管相比,由于多电子束发射阴极所产生的电子束与电磁波的相互作用降低,器件的输出功率下降11%,达到稳定输出功率的时间延迟5 ns。

强流相对论多注电子束研究进展

研制了基于爆炸发射的扇形和圆柱形多注阴极系统,并开展了强流相对论多注电子束的实验研究。研究发现:扇形多注阴极由于发射端面电场分布严重不均,电子束主要由尖端发射,束斑畸变明显,当每注扇形电子束进入到多注扇形漂移管内时,在空间电磁场的作用下电子束会绕束心旋转,导致束斑的畸变和束流的损失;圆柱形多注阴极发射端电场分布相对均匀,电子束斑畸变较小,每注电子束在多注漂移管内绕束心的旋转不会引起束斑的畸变和束流的损失;由于阴极杆和多注阴极柱的发射,多注电子束品质较差,进入多注漂移管时存在电子束轰击管壁现象,造成束流的损失甚至截止。采用大内径磁场可增大阳极筒内半径,明显提高束流的传输效率。目前,采用功率约6.5GW、传输效率约89%的相对论多注电子束驱动的多注速调管,可实现GW量级的微波输出。

强流相对论性径向带状电子束产生与传输中的物理问题研究

1研究意义 在现代无线电工程系统中，速调管、行波管、返波管这类用于振荡和放大的超高频电真空器件是不可或缺的，被称为电子装备的心脏。而在这些器件中，最重要的组成部分之一就是在与电磁场相互作用中将直流电源能量转变成高频振荡能量的强电子束。

Ka波段同轴多注相对论速调管的电子束引入

首先通过理论分析确定影响多注电子束引入效率的主要因素,确定初步的结构参数;其次利用三维粒子模拟软件建立Ka波段相对论多注二极管模型进行仿真优化,使电子束引入效率达到89%;并开展了电子束的产生与传输实验研究,验证了粒子模拟仿真结果。在电子束电压502 kV、束流4.34 kA、轴向磁感应强度0.76 T的条件下,电子束引入效率达到了72%,由电子束轰击尼龙靶材获得的电子束束斑图表明,电子束在产生与传输过程中形状未发生畸变,产生的电子束直径约为2 mm。模拟和实验研究验证了设计的强流多注二极管可以产生高品质的电子束和实现高效率的电子束引入。

强流相对论环形电子束自调制振荡研究

主要研究了强流相对论环形电子束在等位谐振腔内的非线性自调制振荡,用小信号理论分析了电子起振的条件,得出了电子起振的扰动频率。基于该理论分析,又提出了一种不外加磁场的新型高功率微波器件,该器件主要由一个圆柱谐振腔和一个同轴波导输出腔构成。用2.5维MAGIC粒子模拟软件对该非线性过程进行数值模拟,分析了输入电压、电流对输出微波功率的影响。模拟结果表明这种结构中确实存在非线性不稳定性,自调制的扰动频率则由电子束的初始能量、电荷密度和电子束的半径以及谐振腔的空间结构给定。利用谐振腔长为4.7 cm、二极管电压为2.8 MV、电流为20 kA的电子束,可以得到频率为4.29 GHz、功率为6 GW的微波输出,束-波转换效率约为11%。

环形电子束X－波段相对论速调管实验研究

相对论速调管放大器试验中，采用强流环形电子束，可提供器件更大的脉冲功率，虽然电子束－微波转换效率有所降低，但可望获得更大的辐射功率．另外，研究表明由于采用环形电子束，相互作用间隙中出现静电绝缘现象，有助于提高腔的功率容量而避免打火现象．我们利用为实心束而设计的相对论速调管放大器，适当改变有关参数，获得大于５ＭＷ的微波输出，电子束参数为５５０ｋｅＶ，５００Ａ．

强流相对论多注电子束的引出与传输技术研究

相对论速调管放大器（RKA）是一种高效率、相位和幅度稳定的高功率微波器件，在高能粒子加速器、高功率雷达、新型通信系统等方面有重要的应用前景。RKA的工作电压一般为几百kV，束流为数kA。但是，束流较大导致空间电荷效应较强，限制了效率的提高。同时由于空心漂移管的空间电荷限制流较小，限制了束流的进一步增大，阻碍TRKA~更高功率和更高频率方向发展。

电子束横波器件原理及应用

几十年前,前苏联成功研制了一系列电子束横波器件,其主要优点是线性、高效率和自保护。这些器件已在微波输电、雷达和通信中获得应用。文章对它们的结构、工作原理和技术参数等进行简要介绍。

真空微波电子器件的发展态势与前途

本文从真空微波电子器件的发展历史出发,详细地讨论了各个门类、各种管型的应用情况及目前的发展动态,并与当前的竞争对手—固态微波电子器件、LDMOS器件及GaN器件的特性作了对比,指出了各自的优点与劣势,它们在不同的领域内将充分发挥各自的特长,为我国的四个现代化服务,最后指出了各自的发展潜力与前途及命运。

相对论速调管放大器中微波放大机制

解析地研究了电子束在相对论速调管放大器（ＲＫＡ）的调制腔和漂移管中的预群聚；第一次用粒子－波相互作用的场方法导出了在辐射腔中预群聚电子束产生辐射的自洽方程；并且计算了线性区的增益．

基于热阴极的相对论返波管电子枪设计

近年来热阴极特别是钪系阴极得到充分发展,有望成为高功率微波的电子源。提出一种基于热阴极的新型"面包圈"式电子枪模型,以此电子枪作为相对论返波管的环形电子束发射源。通过仿真软件CST PARTICLE STUDIO对模型进行仿真验证,所得电子枪发射电流为786 A,阴极发射电流密度为30 A/cm2,电子束密度为305 A/cm2,电子通过率为99.9%。最后对热阴极在高功率微波器件中的应用进行了初步探索。

长脉冲相对论速调管放大器的初步实验研究

介绍了L波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的强流相对论电子束(IREB)的调制及微波提取等方面的实验研究。重点分析了束流经过中间腔间隙调制后束流脉冲缩短和输出微波脉冲缩短问题,经过对注入微波、中间腔和输出腔等参数的调节,得到了比较强的基波调制电流和微波辐射。采用446kV 3.0kA 1.4μs的空心电子束,经过四腔放大后,得到381MW 200ns的辐射微波,束波转换效率28%,增益34dB。

相对论磁控管的实验研究

简要分析了相３对论磁控管的主要特点与问题，编制了谐振系统数值计算程序，通过数值计算与冷测，对不同阴极尺寸与输出结构的磁控管进行了研究，清晰地描述了磁控管的振荡模式与简并现象。制作了Ａ６型相对论磁控管并进行了热测实验，研究了输出功率与工作磁场的关系，经过大量优化工作，在Ｓ波段获得了３８０ＭＷ的微波辐射。

线性变压器源驱动相对论速调管放大器的初步实验

利用新研制的紧凑型线性变压器驱动源(LTD)脉冲功率源二极管产生的电子束源,开展了S波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的初步实验研究。采用无箔空心阴极和0.9T恒流源引导磁场从LTD二极管引出了电压600kV、束流6kA、脉宽150ns的环形电子束,该电子束经过1个同轴输入腔和2个同轴调制腔的调制后,产生了幅度5kA、脉宽110ns的基波调制束流,采用该调制束流驱动同轴微波提取腔,辐射输出了峰值功率820MW/110ns的辐射微波,效率28%,增益36dB。同时,开展了重复脉冲RKA和相位特性的实验研究,重复频率10Hz运行时,辐射微波达到800MW/100ns,相位抖动小于20°。

相对论返波管频率特性研究

研究了等离子体填充下相对论运该管的频率特性。结果表明，随着等离子体浓度增加，返波管的振荡频率明显上移；对空波导情况，实验结果同理论分析结果是相符的。

强流短脉冲相对论速调管放大器实验研究

利用无箔空心石墨阴极和0.65T的脉冲引导磁场,从Sinus加速器二极管引出了电压约750kV、电流约8.6kA、脉宽40ns的环形电子束,经过输入腔和中间腔间隙调制后,得到了7kA/43ns的基波调制电流,经过输出腔间隙后,得到了2.1GW/15ns的最大微波输出功率,束波转换效率33%,最高增益为40dB,并发现脉冲缩短现象。

相对论返波管振荡器齿状阴极

研究了一种齿状阴极的电子束产生传输过程以及对相对论返波管振荡器产生高功率微波的影响。基于SINUS881加速器,利用束流轰击金属靶观测齿状阴极产生电子束在不同轴向位置上的角向分布,并开展了基于环形阴极和齿状阴极的X波段相对论返波管振荡器的实验研究。对不同齿数及尺寸对电子束流特性、器件输出微波功率和脉冲宽度的影响进行了分析。实验结果表明:当阴极的齿数增加到一定数量时,电子束的横向运动使得电子束在径向逐渐趋于分布均匀;与均匀环形阴极的打靶结果近似,此时,电子束对于相对论返波管振荡器产生微波的功率和脉宽影响不大。