L波段相对论速调管输入腔研究

介绍Ｌ波段强流相对论速调管放大器输入腔的数值分析、新型的结构设计和实验调试及其应用等方面的情况，对输入腔进行了特别的结构设计，解决了大耦合孔对谐振腔参数的不良影响，设计符合ＲＫＡ应用的要求。均匀电子束经过输入腔后，得到了约６％的最大基波调制电流深度。

速调管输入腔开放腔的高频特性分析与实验研究

建立了带输入波导结构的S波段速调管放大器输入腔开放腔模型,利用3维软件对其高频特性进行了数值计算研究,并对输入腔结构进行了优化设计。利用已加工的输入腔进行了高频参数的冷测实验研究,实验中的输入腔结构尺寸与高频分析中的完全相同,实验结果与高频分析结果一致。用3维PIC程序对电子束经过该输入腔后的束流调制以及注入微波的吸收情况进行了模拟。模拟结果表明:该输入腔与微波注入波导匹配很好,注入微波能被电子束和谐振腔全部吸收,在输入腔间隙后37 cm处得到了13%的基波电流调制深度。

S波段相对论速调管放大器输入腔的3维分析与模拟

利用3维软件设计了适用于S波段相对论速调管放大器的单重入输入腔,该腔体采用了偏心设计,以便减小耦合孔处的不均匀场对腔间隙场的影响,分析了腔体耦合孔尺寸对腔间隙场均匀性的影响;建立了带输入波导结构的3维输入腔开放腔模型,并应用此模型,采用3维PIC程序模拟了注入微波功率、束直流对输入腔间隙后束流调制的影响。研究结果表明:耦合孔尺寸对腔间隙电场均匀性影响较大,当耦合孔离轴越近时,腔间隙场越不均匀;在结构参数和束参数固定的条件下,基波电流调制深度随着间隙电压的增加而增加,但达到最大基波调制电流的漂移距离几乎不变;在结构参数和注入微波参数固定的条件下,束直流越大,达到最大基波调制电流所需的漂移距离越短。研究结果为腔体的设计和输入腔束流调制实验提供了参考依据。

速调管放大器大漂移管尺寸输入腔的3维分析与模拟

设计了3种耦合孔结构的大漂移管输入腔,分析比较了其冷腔场分布以及直流电子束通过输入腔间隙后的束流调制情况。计算结果表明:在工作模式下,开单扇形耦合孔和环形孔比开双扇形耦合孔的间隙场均匀;在大尺寸漂移管条件下,采用环形耦合孔输入腔的品质因数比单扇形耦合孔输入腔的小,环形耦合孔输入腔与微波注入波导匹配较好;在相同注入微波功率的情形下,环形耦合孔输入腔对种子源微波的吸收比单扇形耦合孔输入腔好且调制电流更大。

双间隙耦合输入腔的计算与仿真研究

根据微波电路及谐振腔电磁场基础理论,建立了双间隙耦合输入腔的等效电路模型,模型考虑了频率偏谐,外观品质因数失配以及电子注电导的影响。推导出间隙电压计算公式和输入端口匹配时腔体外观品质因数与腔体品质因数的关系。分别利用高频软件(HFSS)及粒子模拟软件(MAGIC3D)建立了仿真模型,进行了冷腔及电子注模拟,分析了电子注的电子负载效应对腔体参数的影响。理论计算与仿真与结果一致,证明了等效电路模型的准确性。

含多个相干耦合人工原子的单模腔的输入输出特性

在以往的腔量子电动力学(QED)系统中原子气通常被处理成单个原子,从而得到诸如拉比劈裂、单光子阻塞等现象.受益于超导电路QED的发展,超导量子比特(SQUID)可以被看成人工原子,它们之间通过LC谐振子失谐的耦合会构成人工原子间的等效相干耦合.基于此,研究了具有相干耦合的多个人工原子对单模腔输入输出的影响,并从缀饰态的角度对透射谱进行了分析.结果发现包含多个相干耦合人工原子的单模腔,其透射谱与只含单个原子的腔显著不同,更重要的是透射峰的数目并不会随着人工原子数的增加而增加,最多只有3个透射峰.为了解释这种透射谱的规律,应用全量子理论,计算了整个系统在不含耗散时单能量子情况下的本征值和本征态.原则上,有几个粒子,就会形成几个缀饰态,理论上就会出现几个透射峰.然而本文发现存在一些不包含光子成分的缀饰态,它们并不贡献透射峰.而原子数增多后会出现透射峰劈裂,这对应着能级避免交叉现象,本文从缀饰态角度进行了说明.从这些缀饰态的具体形式上很多都具有多体纠缠的性质.因此采用这样一种包含多个相干耦合人工原子的单模腔,将有利于构建多体纠缠态,在未来也可以通过透射率的变化,探知腔内多体纠缠态的形式.

基于天线辐射理论构建微波混沌腔的随机耦合模型

为了能够快速有效地求解电大复杂腔体(微波混沌腔)的电磁耦合问题,文中采用统计电磁学方法研究了该类腔体电磁散射的统计特征.首先,根据天线辐射理论,利用电磁场的本征模展开式建立了腔体耦合输入阻抗表达式.其次,利用波动混沌理论和概率统计方法进一步推导出了微波混沌腔的随机耦合模型.该方法简单并且可以直接推导出三维模型.最后,构建了一个三维Sinai微波混沌腔并进行数值仿真实验,其仿真实验结果与随机耦合模型计算结果的统计特征基本一致.重要的是,该模型与复杂腔体的细节特征无关,能够快速有效地预测微波混沌腔的敏感耦合问题.