注波互作用

摘要： 返波振荡器是一种重要的真空电子学太赫兹源,具有高功率、高工作频率和宽带调谐等特点。为提高圆形电子注与光栅慢波结构的互作用,提出一种双电子注嵌入矩形光栅的慢波结构,使电子注与光栅表面电场更好地充分相互作用,从而提高互作用效率和输出功率。通过数值求解和仿真计算其色散特性,结果表明,相比于相同结构参数的普通矩形单栅,该结构可以实现更高的工作频率和耦合阻抗。利用CST进行PIC仿真,优化结构和电子注参数,最终得到工作频率501 GHz,10.6 W的稳定输出。研究成果为设计0.5 THz的返波管提供了理论指导。

摘要： 高频系统是行波管的核心部件,它会直接影响行波管的工作频率、带宽、增益等性能指标.为了获得更大的输出功率和更高的增益,对0.34 THz双注高次模折叠波导行波管的基本特性进行了研究,计算了双注折叠波导的色散特性和耦合阻抗,并与仿真结果进行对比,结果显示色散特性随频率升高差距增大,耦合阻抗在高频段匹配较好,并研究了损耗特性.利用CST仿真工作室对双注折叠波导的注波互作用特性进行了仿真,实现41.68 W输出.为了获得更高的输出,通过增大直波导高度,最终使输出功率提高了52.7％,达到63.12 W.最后设计了符合要求的盒型输出窗和模式转换器,验证了高频系统的传输特性.

摘要： 为满足行波管大功率、高效率、小型化的发展需求,设计了工作于V波段的宽杆半矩形环螺旋线行波管。仿真结果表明:与传统的矩形螺旋线慢波结构对比,宽杆半矩形环螺旋线慢波结构在保持色散平坦度相近的前提下,具有相速值较小、耦合阻抗较高的特点,同时,新结构更加兼容微细加工技术,易于小型化、批量化生产。在采用工作电压8900 V、工作电流0.05 A的带状电子注条件下,宽杆半矩形环螺旋线行波管的最大输出功率为112 W,对应的增益为30.5 dB,电子效率约为25.2%,瞬时3 dB带宽为24 GHz(43~67 GHz)。

摘要： 扩展互作用速调管是一种在毫米波、亚毫米波频段具有广泛应用前景的电真空器件.本文基于运动学理论、感应电流定理和电荷守恒定律,推导一间隙到五间隙谐振腔的电子负载电导和电子负载电纳的表达式,分析了谐振腔间隙宽度、间隙数和间隙周期等参数对电子注与微波之间能量交换的影响和谐振腔谐振频率的影响.根据理论分析结果,采用三维电磁仿真软件设计了一款工作于G波段的扩展互作用速调管,仿真结果显示,当电子注电压为24 kV、电流为0.15 A、输入功率为200 mW、轴向引导磁感应强度为0.8 T时,在中心频率217.94 GHz处,输出功率为225.5 W,电子效率为6.26％,增益为30.5 dB,3 dB带宽约为470 MHz.

摘要： The slow wave characteristics of truncated sine waveguide are analyzed by the simulation method.The two-section high frequency electromagnetic system based on truncated sine waveguide (TSWG)is proposed,which can be used for the W-band Traveling Wave Tube(TWT).Meanwhile, the input/output coupler and attenuator are designed for the high frequency system.We obtain the beam-wave interaction results in the high frequency electromagnetic system by the Particle-in-cell(PIC) simulation method.The PIC simulation results indicate that the TWT can produce the output power o-ver 200 W and gain over 30 dB in the frequency range of 92~101 GHz.%通过仿真计算对平顶型正弦波导的慢波特性进行了分析研究,提出了一种可用于W波段大功率行波管的两段式平顶型正弦波导高频电磁系统,并完成了输入输出结构和集中衰减器的优化设计;利用粒子模拟方法获得了带状电子注与此结构中慢电磁波注—波互作用特性,计算结果表明该行波管在92~101 GHz的频率范围内可获得200 W以上的输出功率,增益大于30 dB.

摘要： 速调管注波互作用模拟器是微波管模拟器套件的重要组成部分之一.本文对速调管注波互作用模拟器的前处理、求解器及后处理三个部分分别进行了介绍,并列出了部分软件模拟结果.由这些测试和验证结果可知，本软件具有操作简单、运行稳定、计算速度快、计算精度高、系统需求低等优点。后续通过进一步的应用，对BWIS-KLY进行不断的改善，从而为速调管设计师提供一个可靠的辅助工具。

摘要： 通过模拟计算,分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响,优化慢波结构,初步设计了Ku波段螺旋线行波管慢波结构.模拟行波管输入输出结构,得到输入端反射系数小于-19dB,电压驻波比小于1.24.电子聚焦系统采用周期永磁聚焦,磁场周期为8.5mm,计算得到磁场峰值为0.17T.为提高注波互作用效率,采用具有动态速度渐变特性的慢波结构,使得电子注与高频场有足够的互作用时间,从而保证电子不断地将能量交给高频场.运用三维PIC粒子模拟软件分析行波管的注波互作用,得到在12.5～16GHz频率范围内输出功率大于88.7W,电子效率大于14.8％,增益大于34.6dB.

摘要： 同轴双电子注回旋管在抑制竞争模式、提高注波互作用效率等方面有独特的优势,并可实现双频工作.本文对同轴双电子注太赫兹回旋管的腔体特性、注波互作用及模式竞争进行了分析,并开展了初步的实验研究.同时还开展了太赫兹回旋管准光模式变换器的理论与实验研究.

摘要： 与传统的减速场能量分析器相比,新提出的可控聚焦型减速场能量分析器具有装配方便、绝缘性好、分辨率高和抗二次电子反射等优点.本文将其设计思路加工装配成实物并经过改装,使得新型探头同时具备测量行波管电子枪电子注参数和注波互作用后电子注的纵向速度分布的能力.然后,将新型减速场能量分析器装配到电子注测量分析系统,对毫米波空间行波管用双阳电子枪电子注进行测试,测得电子注包络、射程、注腰半径和截面总电流等参数与计算模拟和制管实测结果基本一致.

摘要： 利用小信号理论,分析了慢波电路随机误差和注波互作用分布随机误差对行波管小信号增益和相位的影响.具体以V波段螺旋线行波管为例,分析得到慢波电路参数在公差范围变化时,螺旋线内径及螺距对行波管小信号增益和相位最敏感;注波互作用中螺距分布变化时,均匀螺距对增益发散影响更小.论文探讨的方法为分析随机误差带来的影响提供了一种可行的手段.

摘要： 本文以BM-2102型Q波段耦合腔行波管为例，对Q波段耦合腔行波管高频特性的冷特性、注波互作用进行分析,并结合实际制管测试情况,对比实际热测数据与仿真结果,对大信号程序进行验证,也为工程制管提供一定的参考.

摘要： 沿袭Rowe的返波管大信号理论建立的方法,在Birdsall的IBC时域互作用粒子模型基础上建立了返波振荡管的时域互作用粒子模型,并对太赫兹频段的某返波管进行时域互作用粒子模拟.

摘要： 沿袭Rowe的返波管大信号理论建立的方法,在Birdsall的IBC时域互作用粒子模型基础上建立了返波振荡管的时域互作用粒子模型,并对太赫兹频段的某返波管进行时域互作用粒子模拟.

摘要： 沿袭Rowe的返波管大信号理论建立的方法,在Birdsall的IBC时域互作用粒子模型基础上建立了返波振荡管的时域互作用粒子模型,并对太赫兹频段的某返波管进行时域互作用粒子模拟.

摘要： 本文提出了一种新型螺旋线慢波系统,利用电磁仿真软件HFSS对其高频特性进行了模拟计算,并用2.5D大信号互作用程序对整管注-波互作用进行了模拟,计算结果表明整管在56～64GHz频率范围内输出功率大于60W,增益大于54dB,增益波动小于0.5dB.

摘要： 该发明属于真空电子器件中的毫米波扩展互作用器件，包括由壳体及芯体组成的器件本体，环筒形耦合通道，圆环形谐振腔及电子注通道，输出波导及耦合孔。该发明采用圆柱体形本体及绕芯体轴心线平行等间隔设置的圆环形谐振腔，谐振腔内、外圆周的长度远大于工作波长，可设置5‑19个谐振腔及5‑20个的电子注通道，并可大幅度缩小器件的长度，有效提高器件的阻抗、功率容量及输出功率；该发明通过将各谐振腔的径向尺寸控制在工作波长λ的2/5λ－3/5λ范围内又确保其在基模状态下长时间稳定工作。因而该发明具有可效提高器件工作在基模状态下的输出功率及器件工作性能的稳定性，且器件结构简单、生产工艺简便、生产成本低，工作寿命长等特点。

摘要： 本申请实施例公开一种宽电子注通道交错栅慢波互作用电路包括：交错栅和带状电子注通道；其中，所述交错栅由两排矩形沟槽组成；带状电子注通道宽度w大于矩形沟槽宽度a。本申请通过增加电子注通道宽度参数w，提高了设计灵活性，使得设计时可以在色散、耦合阻抗以及通道尺寸方面做出更佳折中。本申请通过增加电子注通道宽度w，并通过调节参数a和h补偿了工作频段的色散以及耦合阻抗，降低了电流密度，提高了电流，缓解了磁场的横向聚焦压力，改善了电子注流通率，有效降低了电子注截获概率，提升了流通率。

摘要： 本发明涉及微波、毫米波及太赫兹频段电真空器件领域，具体为一种基于冷阴极的多注高次模注波互作用结构，用以解决现有技术中注波互作用结构无法有效提高输出功率和效率的问题。本发明包括高频互作用结构、与高频互作用结构一端密封连接的冷阴极电子枪、与高频互作用结构另一端密封连接的输出系统，高频互作用结构内部真空且被横向金属隔板和纵向金属隔板分割成了多个互作用间隙，互作用间隙之间通过耦合缝相互连通；本发明利用金属隔板的作用，使其抑制了基模的产生并工作于高次模下，实现多电子注与高次模的互作用，增大了注波互作用区域，提高了输出功率和效率。

摘要： 本发明属于微波真空电子技术领域，具体涉及一种基于稳态频域模型的速调管非线性注波互作用模拟方法。本发明从麦克斯韦方程组出发，利用本征模式的正交性和完备性，快速求解速调管谐振腔内和电子注通道内的稳态电磁场。速调管内的高频电磁场结合空间电荷场和外加聚焦磁场，推进粒子运动，得到粒子运动轨迹和电流源。电流源反向激励电磁场，如此反复，直到稳态，即完成速调管稳态注波互作用特性的模拟。相比于TESLA时域互作用理论模型，本发明具有频域法的高效性和稳定性，公式简练，大大提高了速调管注波互作用的仿真求解速度，可用于普通速调管和分布作用速调管中的注波互作用的数值仿真。

摘要： 本发明属于行波管模拟技术，公开了一种模拟行波管线性注波互作用的欧拉方法，本发明的方法针对传统行波管欧拉线性理论计算精度低的问题，在欧拉非线性注波互作用理论的基础上，通过对其线性化，得到本发明的欧拉线性注波互作用模型。本发明的欧拉方法具有计算速度快、消耗内存小的特点，能够精确模拟螺旋线行波管中的线性注波互作用过程。

摘要： 本发明公开了一种行波管通用注波互作用模型的不连续场匹配方法，包括以下步骤：S1、求解一个结构周期内的无源高频场轴向分布和传输功率p1和p2；S2、对和进行相位反演，得到和S3、对进行周期性相位延拓得到l1段的无源高频场轴向分布S4、对跳变截面处的场进行相位匹配，得到跳变截面处的高频场轴向分量的相位连续的场分布参数；S5、对跳变截面处的场进行功率和反射匹配，得到l2段一个结构周期内的无源高频场轴向分布参数；S6、对S5得到的参数进行周期性相位延拓得到场分布本发明通过相位、功率和反射匹配以及相位延拓的方法得到整个互作用区域的场分布，使得通用注波互作用理论模型可以模拟具有动态相速跳变的高频结构的行波管注波互作用问题。

摘要： 该发明公开了一种行波管注波互作用分布结构的优化方法，目的是为了提高行波管注波互作用优化算法的优化效率。该发明将优化算法与注波互作用内在机理结合，涉及嵌套算法，利用注波互作用过程顺序计算特性以及相对相位角Φ是否满足或的条件提前结束计算。对于普通的高效率螺距分布结构，该发明相对于普通优化算法可以提高效率3‑4倍。

摘要： 本发明涉及微波、毫米波及太赫兹频段电真空器件领域，具体为一种基于冷阴极的多注高次模注波互作用结构，用以解决现有技术中注波互作用结构无法有效提高输出功率和效率的问题。本发明包括高频互作用结构、与高频互作用结构一端密封连接的冷阴极电子枪、与高频互作用结构另一端密封连接的输出系统，高频互作用结构内部真空且被横向金属隔板和纵向金属隔板分割成了多个互作用间隙，互作用间隙之间通过耦合缝相互连通；本发明利用金属隔板的作用，使其抑制了基模的产生并工作于高次模下，实现多电子注与高次模的互作用，增大了注波互作用区域，提高了输出功率和效率。

摘要： 本发明属于微波真空电子技术领域，具体涉及一种基于稳态频域模型的速调管非线性注波互作用模拟方法。本发明从麦克斯韦方程组出发，利用本征模式的正交性和完备性，快速求解速调管谐振腔内和电子注通道内的稳态电磁场。速调管内的高频电磁场结合空间电荷场和外加聚焦磁场，推进粒子运动，得到粒子运动轨迹和电流源。电流源反向激励电磁场，如此反复，直到稳态，即完成速调管稳态注波互作用特性的模拟。相比于TESLA时域互作用理论模型，本发明具有频域法的高效性和稳定性，公式简练，大大提高了速调管注波互作用的仿真求解速度，可用于普通速调管和分布作用速调管中的注波互作用的数值仿真。

摘要： 本发明公开了一种行波管通用注波互作用模型的不连续场匹配方法，包括以下步骤：S1、求解一个结构周期内的无源高频场轴向分布和传输功率p1和p2；S2、对和进行相位反演，得到和S3、对进行周期性相位延拓得到l1段的无源高频场轴向分布S4、对跳变截面处的场进行相位匹配，得到跳变截面处的高频场轴向分量的相位连续的场分布参数；S5、对跳变截面处的场进行功率和反射匹配，得到l2段一个结构周期内的无源高频场轴向分布参数；S6、对S5得到的参数进行周期性相位延拓得到场分布本发明通过相位、功率和反射匹配以及相位延拓的方法得到整个互作用区域的场分布，使得通用注波互作用理论模型可以模拟具有动态相速跳变的高频结构的行波管注波互作用问题。