S波段长脉冲相对论速调管放大器的实验研究

介绍了S波段强流长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的高频系统设计、长脉冲强流相对论电子束(IREB)的调制及微波提取等方面的实验研究结果。重点阐述了长脉冲IREB调制和输出微波中的自激振荡问题。通过采用高阶工作模式以及参差模式设置的谐振腔、提高系统安装的同心度和调节电子束参数等措施,使自激振荡得到了抑制。采用550 kV,4 kA及210 ns的环行电子束,经过优化调节RKA参数,使强流调制电子束流脉宽由50 ns增加到150 ns,同时得到了3.2 kA的基波调制电流。从该RKA得到了峰值功率580MW、脉宽140 ns的输出微波,束波转换效率26%,增益34 dB。

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。

S波段相对论速调管放大器同轴输出腔的数值模拟

介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)同轴输出腔内束波转换效率和腔主要参数的计算、微波提取的粒子模拟和优化以及实验。模拟计算时,采用单间隙的同轴输出腔,束压580 kV、束流4 kA的环行电子束,基波调制深度为80%,利用3维粒子程序得到约500 MW的微波输出功率,效率21.5%。将该模拟结果应用于实验的设计,实验中采用束压550 kV、束流4 kA的电子束得到功率500 MW、脉宽120 ns的输出微波,束波转换效率22.7%,实验结果与模拟结果吻合较好。

强流相对论电子束群聚的空间电荷波理论分析

介绍了在长脉冲强流相对论速调管(RKA)研究中强流相对论空心电子束(IREBs)的一种小信号群聚理—空间电荷波理论。建立了IREBs在漂移管中传输的色散方程，以及IREBs与RKA输入腔间隙电场相互作用和IREBs在漂移管中群聚传输的传输线模型，获得了电子束经过输入腔间隙后产生的调制电流表达式。利用500 kV、3 kA、脉宽约1.4 (s的空心电子束，注入70 kW的微波调制，束流经过输入腔后，得到了约9.8％的基波电流调制深度，研究结果与理论分析基本一致。

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。

强流脉冲驱动的X波段多注相对论速调管相位特性

相位特性是目前制约多注相对论速调管放大器进一步拓展应用的关键参数之一,为了有效提高器件输出微波相位的稳定性,利用一维非线性理论对X波段强流多注速调管放大器开展了理论研究,得到由强流脉冲特性引起的腔体杂频以及电子束运动速度变化率是造成输出微波相位波动的部分主要原因,同时基于18注实心电子束构成的X波段多注相对论速调管放大器开展了强流脉冲特性对输出微波频率和相位影响的数值计算,最后利用粒子模拟手段对理论结果进行验证。理论和模拟结果一致表明:强流脉冲的前沿和波动都将导致器件内实际工作频率的偏移,并引起相位波动;在脉冲前沿段,脉冲前沿长度越短,器件内实际工作频率偏移越大,相位波动幅度越大;在脉冲平顶段,脉冲波动导致的频率偏移与电压变化率相关,与电压的幅值无关,而脉冲电压波动导致的输出微波相位波动由电压变化率及其变化幅度两者共同决定。

S波段多注相对论速调管放大器长时间运行研究

为了实现高功率微波源低磁场及长时间稳定运行,开展了S波段GW级多注相对论速调管放大器(RKA)的理论模拟设计与实验研究。首先,采用一维大信号非线性理论软件优化设计了S波段4腔多注RKA,找到了器件工作的最佳参数:采用电压550 kV、束流4.7 kA的14注RKA,获得功率1.1 GW、效率43%的输出微波。随后,采用粒子模拟软件对理论设计的束波互作用参数进行了验证,获得了输出功率992 MW,器件效率为37%。最后,根据模拟参数开展了器件重频长时间运行实验研究。采用紧凑同轴Marx功率源驱动S波段四腔多注RKA,在电压530 kV、束流5.4 kA、重频20 Hz、运行时间1 s、引导磁场强度0.39 T、注入微波功率1.7 kW的条件下,获得了功率934 MW、脉宽69 ns的输出微波,束波转换效率33%。在器件重频20 Hz、运行时间10 min条件下,坚实了平均功率889 MW、平均脉宽42 ns的输出微波。该研究结果为S波段RKA的低磁场和长时间运行打下了的技术基础。

L波段相对论速调管束流实验研究

介绍在L波段强流相对论速调管研究中,强流相对论短脉冲空心电子束的产生、传输、束流调制及其诊断等方面的初步实验研究情况。在直线感应加速器上,利用φ66mm、壁厚3mm的石墨空心阴极,加上约5kGs的准直流引导磁场,引出了约500kV、4.5kA、脉宽100ns、φ54.5mm、厚度4.5mm的空心电子束。注入500kW的微波调制,束流经过输入腔后,得到了约6％的最大基波电流调制深度,经过中间腔后,得到了约23％的基波电流调制深度。

L波段相对论速调管放大器研究

介绍了Ｌ波段强流相对论速调管放大器高频系统的设计，强流相对论空心电子束的产生、传输、调制及微波输出等的初步实验结果。在直线感应加速器上，利用无箔空心石墨阴极，引出了电压约５００ｋＶ、电流４．５ｋＡ、直径５４．５ｍｍ、厚度４．５ｍｍ的空心电子束，经过三腔放大后，得到了５３６ＭＷ的微波峰值功率，效率２１％，增益３０ｄＢ。