空心束虚阴极激励微波的主模式的研究

把虚阴极振荡激励微波的过程看成是一个时空振荡电流元激励微波的过程,在薄电荷层近似下,求得空心束虚阴极激励微波的主模式关系,并讨论了束几何位形与微波输出功率之间的关系。我们所确定的主模式与实验和粒子模拟的结果相符。

同轴虚阴极振荡器实验研究

介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所关于同轴虚阴极振荡器实验的最新进展。实验结果表明,带阳极反射板结构的同轴虚阴极振荡器比不带阳极反射板结构的同轴虚阴极振荡器输出微波功率更高,频谱更纯。在二极管电压350 kV,电流23 kA条件下,输出微波峰值功率500 MW,能量转换效率约6.2%,工作频率为3.3 GHz。对实验结果进行了理论分析。

TE_(11)模式增强型高效率同轴虚阴极振荡器

在阴阳极严格同轴的条件下,理论分析表明同轴虚阴极振荡器中TE11模式与TM01模式与径向入射电子束的谐振耦合具有近似的作用效率。3维PIC数值模拟结果显示,即使在圆对称结构下,输出波导中非角向均匀模式在输出功率中也占有较大成分。因此,同轴虚阴极振荡器中TE11模式与电子束之间的谐振作用对器件效率的影响不可忽略。通过引入结构的不对称性以及TE11模式反射器可以抑制电子束与TM01模式之间的谐振作用,从而起到抑制同轴虚阴极振荡器系统中模式竞争的作用,因此可以提高电子束到微波的功率转换效率。实验结果表明,采用阴阳极非均匀对称结构的TE11模式增强型同轴虚阴极振荡器可以大幅度提高效率,在优化参数条件下获得功率转换效率约7%,输出功率大于1.0 GW的实验结果,该功率约为近似严格同轴结构的2.5倍。该研究结果可以为高效率同轴虚阴极振荡器装置设计与实验结果分析提供基本理论依据以及参数确定基础。

虚阴极振荡产生高功率微波的粒子模拟

独立研制了一个柱对称、非周期边界12/2维相对论性电磁模粒子模拟程序。用它研究了强相对论电子束射入一端封闭、一端开口的波导管所产生的虚阴极振荡和激发的高功率微波。得到了清晰、合理的物理图象,虚阴极振荡频率符合(1～2π^(1/2)ω_(peb)的经验规律。激发微波的效率可高达10％。此外,通过模拟计算,研究了辐射频率、辐射效率与外加导引磁场、电子束流强度、电子束能量和电子束半径的依赖关系。得到了一些合理而有价值的规律。

新型径向三腔同轴虚阴极振荡器的模拟研究

提出了一种新型的径向三腔同轴虚阴极振荡器,并对其进行了理论分析和数值模拟。这种虚阴极振荡器采用径向三腔结构,通过改变束-波互作用区的电场分布来提高电子束与TM01模式的耦合效率,并通过采用准谐振腔的结构来进一步抑制模式竞争以获得较高的输出微波增益。同时采用能量同轴提取的方式进一步提高器件的功率和效率。粒子模拟结果表明,在二极管电压400 kV,束流50 kA的条件下,径向三腔同轴虚阴极振荡器在4.14 GHz处获得了平均功率约2.45 GW的微波输出,功率转换效率达到12%。输出微波模式纯度较高,频谱非常窄。

轴向提取矩形波导TE_(10)模虚阴极振荡器

轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器可以不需要模式转换器或弯曲过渡波导而直接通过天线轴向辐射微波,从而使微波源及其辐射系统更加紧凑。粒子模拟结果表明,在400 keV,8.9 kA的束流条件下,轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器在2.12 GHz处可以获得功率为500 MW的高功率微波输出,功率效率为14%,频率、模式纯净。这些结果为相同波段同类装置的小型化提供了一条可能的技术途径。

虚阴极高功率微波发生器的粒子模拟

本文简述了PIC模拟(Particle—in-cell Simulation,简称粒子模拟——Particle Simu—lation)的基本方法,全面评述了用粒子模拟方法研究虚阴极高功率微波发生器的历史、现状、基本方法、优点和模拟结果。

新型高功率虚阴极径向反射速调管振荡器

提出了一种新型的高功率虚阴极径向反射速调管振荡器,它结合了虚阴极振荡器容易起振和速调管微波产生效率较高的特点。利用虚阴极反射电子束对调制腔的正反馈,可以减小起振电流和起振时间,而且提高了微波产生效率。它是一种结构简单、紧凑的器件。用2.5维PIC程序对这种器件进行了数值模拟研究。得到的数值模拟结果表明,输入电压620 kV,电流25 kA,输出微波周期平均功率为2.5 GW。虚阴极振荡频率被锁定,频率为1.25 GHz。

碳纤维阴极对输出脉宽及能量的影响

在反射三极管实验平台上,通过浸渍碘化铯(CsI)碳纤维阴极与不锈钢阴极实验对比,研究了碳纤维阴极对虚阴极振荡器输出微波脉宽及能量的影响。实验得出碳纤维阴极虚阴极振荡器输出微波脉宽约200 ns,较不锈钢阴极虚阴极振荡器增加了30%;对输出微波脉宽面积近似积分,得出碳纤维阴极虚阴极振荡器与不锈钢阴极虚阴极振荡器的输出微波脉宽面积比值约为2.273,表明碳纤维阴极虚阴极振荡器输出微波能量是不锈钢阴极虚阴极振荡器的2倍左右。分析认为碳纤维阴极的材料特性及其综合发射机制导致阴阳极间等离子体膨胀速度及温度降低,延缓了阴阳极间隙的闭合,从而增加了输出微波脉宽,提高了微波输出能量。

虚阴极振荡激励高功率微波的数值模拟

模拟了轴对称虚阴极振荡器产生微波的过程。根据实验装置的特点,建立了理想的物理模型。从物理学的基本规律出发,用CIC方法编制了二维空间、三个动量分量的2 1/2维、全电磁、相对论性的数值模拟程序。选择柱状电子束进行模拟,获得了正确的计算结果和清晰的物理图象,并对计算结果作了分析。

双束旁射虚阴极振荡器的粒子模拟

提出了虚阴极振荡器（Ｖｉｒｃａｔｏｒ）一种新的物理模型，用自己编写的两维半、全电磁、相对论性的粒子模拟程序ＷＧＣＦ模拟了两个对称虚阴极互相耦合振荡产生高功率微波（ＨＰＭ）的物理过程，激发的柱面波横向３６０°引出。通过大量的计算（包括单束情况）表明：（１）极距ｄ不变时，无论双束还是单束，比值Ｊ＿０／Ｊ＿ｃ在１２～２之间效率较高；（２）Ｊ＿０／Ｊ＿ｃ不变时，极距ｄ有一最佳值，大于或小于此值时效率略降低；（３）双束情况输出波型较纯净，无“直流”分量，单束情况却不然；（４）双束时频率增宽；（５）与一维情况不同，Ｊ＿０≈Ｊ＿ｃ时也会发生振荡，但直流成分较大。此外，我们对横向外边界的透射边界条件和辐射功率按模式、频率分布的表达式进行了推导。

微波反馈调制型虚阴极振荡器的粒子模拟

用三维全电磁PIC方法对一种利用反馈微波信号调制入射电子束的新型虚阴极振荡器进行了粒子模拟研究。在外加 45 0kV电压的自洽发射状态下 ,得到的微波峰值输出功率可达数百兆瓦 ,微波主频位于C波段 ,瞬时峰值效率 5 % ,主模式为TE1 0 模 。

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。

长脉冲高效率HPM源的新技术研究

本文综述作者在长脉冲高效率ＨＰＭ源新技术方面的研究成果。对强流相对论电子学的若干前沿领域进行了分析与评述，研究腔振荡器的主从锁相、互耦振荡器的等同锁相以及环形串接互耦振荡器、中心联结网状互耦振荡器的等同锁相的原理与方法，分析毫米波虚阴极器件的主从锁相与等同锁相，所进行的数值计算与分析相当吻合；研究一种新型的长脉冲空心阴极等离子体电子枪及其特性，该电子枪可产生长脉冲（》１μｓ）高电流密度（≥５０Ａ／ｃｍ２）电子注；分析一类新型的长脉冲、高效率ＨＰＭ源──等离子体辅助慢波振荡器的作用机理，关键技术及其实现途径，它不需外加磁场，具有长脉冲（》１μｓ）高效率（１５％～２５％）和高平均功率（＞１ｋＷ）的能力。

虚阴极现象的物理解释

简要介绍了虚阴极的形成过程、产生微波的机理以及它在军事上的应用。

虚阴极振荡器的谐振频率机理分析

利用三维MAGIC数值模拟软件对虚阴极振荡器进行研究,在二极管电压450 kV、束流31 kA条件下,得到4.8和 7．3 GHz两种频率成分的微波,平均功率达1．22 GW,转化效率为8．7％。

虚阴极振荡产生微波的电动机理分析及实验研究

在介绍了磁通量爆炸压缩电流脉冲发生器接虚阴极谐振器产生高功率微波发射的工作原理基础上 ,对其关键技术——炸压磁通量发电 。

虚阴极振荡微波辐射

本文概述在EPA-74脉冲线加速器上进行的虚阴极振荡微波辐射实验。1kA,400keV的电子束流经短磁线圈聚焦形成虚阴极,产生波长在6.2～11.5mm的微波辐射,峰值功率约1MW。从提高效率考虑,拟采用特殊设计的实验结构,以形成多级虚阴极振荡。

反馈型TM01主模同轴虚阴极振荡器

作为一种空间电荷高功率微波器件,同轴虚阴极振荡器微波输出模式一般为TM01与TE11模式的混合模式.本文通过数值模拟及实验分析,对同轴虚阴极振荡器进行了结构调整,提出了一种同轴反馈式虚阴极振荡器.通过对阳极网的结构设计,器件内阳极网的反馈结构改变了阳极网内虚阴极反射电子束的分布,实现了同轴虚阴极振荡器以TM01模式为主要模式输出的高功率微波.同轴虚阴极振荡器在工作电压400 kV下微波输出850 MW,微波脉宽半高宽约30 ns,频率为4.1 GHz.

高效强流径向分离腔振荡器研究

根据同轴虚阴极的结构特点,提出了一种紧凑型径向分离腔振荡器,该径向分离腔的特点是输入电子束的电流可以很大,从而可以得到较高的微波输出功率.综合考虑影响微波输出的各种因素,在电子束为410kV,电流为35kA的条件下,模拟得到的平均功率大于5·0GW,频率为1·46GHz,电子束功率效率达到34·8%.