Simulation of the relativistic backward wave oscillator with a sinusoidal guiding magnetic field

A simulation is carried out to investigate a relativistic backward wave oscillator （RBWO） with a sinusoidal guiding magnetic field. In the numerical simulation, a microwave output power of 1.33 GW at 9.57 GHz microwave frequency with 33% conversion efficiency is achieved. It is a significant attempt which is helpful for developing a practical high power microwave （HPM） source guided by a permanent magnetic field.

Experimental investigation of the relativistic backward wave oscillator with a periodic guiding magnetic field

Experiment is carried out on the accelerator Sinus-700 to investigate the Relativistic Backward Wave Oscillator （RBWO） with a periodic guiding magnetic field. When the strength of the guiding magnetic field, whose period is 4.6 cm, is 0.54 T, a microwave output power of 0.95 GW at 9.1 GHz microwave frequency is achieved. It is shown that the RBWO with a periodic guiding magnetic field is feasible.

低引导磁场相对论返波管振荡器设计

从线性化的Vlasov方程出发,研究了相对论返波管中产生的微波功率与磁场的关系,给出了低引导磁场相对论返波管振荡器的设计准则;设计了一个高效率的高功率返波管振荡器,通过采用过模的分段、非均匀慢波结构,实现器件的高效率、高功率运行,同时通过在慢波结构末端添加部分反射腔来降低引导磁场强度。当引导磁场强度为0.6 T、电子能量和束流分别为800 keV和7.6 kA时,采用2.5维Particle in Cell(PIC)程序模拟得到频率为9.6 GHz、功率为1.85 GW的微波输出。

分段式高均匀度螺线管的新设计

针对高功率微波引导磁场的实际情况,根据线性规划算法,设计了一种新颖的分段式高均匀度螺线管。这种螺线管设计以电流密度为变量,以磁场均匀度为约束条件,以磁体总体积为目标函数,利用MATLAB计算可行域内的电流密度值,将可行域的最大值作为线圈电流存在的区域,通过复杂形状的骨架加工及线缆缠绕而制成。通过分析比较常规螺线管和新设计螺线管的电学参数和磁场位形分布,认为在中心磁场强度大小相等和其他因素相同的条件下,新设计的螺线管磁场轴向不均匀度从9.8%降低至0.68%,这种利用线性规划算法设计的分段式螺线管磁体通过改进绕线工艺和机械结构可以实现高均匀度,并具有很强的推广性。

一种GW级3.2cm相对论返波管振荡器的数值模拟

提出了一种3.2cm的相对论返波管振荡器,并利用2.5维粒子模拟软件KARAT研究了引导磁场强度、电子能量、电子束环平均半径、电子束环厚度对输出微波的影响。最后,在电子束为环形电子束(电子束束环平均半径为0.95cm,束环厚度为1mm)、电子束束压为900kV、电子束束流为6.7kA、引导磁场为3.2T时,得到了1.2GW的微波输出。