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S波段四腔强流相对论速调管的设计和实验研究被引量：1: 2014年; 本文根据四腔强流相对论速调管设计过程中出现的高次模振荡现象,采用电磁场软件模拟,分析了这种振荡的产生原因,给出抑制这种高次模振荡的方法.利用二维和三维模拟软件,研究了谐振腔谐振频率、谐振腔Q值、漂移管长度、特性阻抗等参数的变化对高次模振荡的影响,模拟上验证了高次模振荡抑制方法的有效性,并在输出端模拟获得了功率2.13 GW、效率26%、增益60 dB的输出微波,实现了2D,3D中高次模振荡的有效抑制.最终在实验中获得了功率1.9 GW、效率24%、增益61 dB的输出微波.; 成会谢鸿全刘迎辉李正红吴洋

高增益相对论速调管放大器自激振荡的分析与抑制被引量：1: 2014年; 通过二维和三维粒子模拟研究了高增益相对论速调管放大器中高次模式的激励机理,两者结果的一致性排除了高次非对称模式激励的影响。由此建立了高次模式起振的理论模型,给出了高次模式的起振电流。并通过在器件内加入微波衰减材料来抑制高次模式自激振荡,模拟获得了1.95GW的微波输出,增益62.8dB。; 吴洋谢鸿全李正红张运俭马乔生成会; 关键词：相对论速调管放大器高增益高次模式自激振荡

Study of superradiance based on a low-voltage backward wave oscillator: 2013年; According to the small size requirement for wide-band high-power microwave radiation, a superradiance backward wave oscillator (BWO) is proposed to generate such high-power microwave radiation with a low voltage (～20 kV) pulse power supply and low guiding magnet field (～0.1T). In order to get a high-efficiency C-band superradiance BWO with a low beam voltage and a low guiding magnet field, the mechanism of superradiance in a BWO is explored in particle-in-cell simulation. With the oversized structure, the simulation shows that a microwave power of 405 kW with a frequency of 5.6 GHz and a spectrum width of 500 MHz can be obtained with a voltage of 23 kV and magnetic field of 0.1 T.; 武杰方志聪谢鸿全李正红; 关键词：超辐射返波管低引导磁场脉冲电源

X波段低磁场相对论返波管振荡器实验研究被引量：2: 2015年; 基于现有永磁磁体的参数,并结合高功率微波器件的优点,设计了一个X波段低磁场相对论返波管振荡器,当引导磁场强度为0.48T、二极管束压和束流分别为530 k V和7.0 k A时,通过粒子模拟软件得到频率9.42GHz、功率1.11GW的模拟微波输出,器件束波转换效率30%。在强流电子束加速器平台上进行实验研究,当二极管电压500k V、电流6.2k A、引导磁场强度0.46T时,得到频率为9.40GHz、功率为900MW、脉宽为32ns的微波输出。该实验结果为低磁场器件实现高功率、高效率微波输出及永磁包装打下了良好的基础。; 邵剑波马乔生谢鸿全李正红; 关键词：相对论返波管低引导磁场

S波段四腔相对论速调管放大器的整管性能被引量：6: 2013年; 在速调管放大器中,中间谐振腔一方面可以提高器件的放大增益,另一方面也容易产生杂频振荡,影响器件正常工作。针对这种杂频振荡的影响,在三腔相对论速调管的基础上发展了四腔相对论速调管。采用PIC粒子模拟软件从整管上对四腔强流相对论速调管放大器的冷腔结构、束波互作用、微波提取等方面进行研究。为得到输出功率和效率的最优值,结构上采用低互作用输入腔,设计了阶梯状结构漂移管,通过对输出腔作用间歇进行优化处理抑制电子回流。模拟结果表明整管微波模拟输出功率达了3.7 GW,效率22%,增益56 dB,1 dB带宽74 MHz,并实现了对杂频振荡的抑制。; 成会谢鸿全李正红刘迎辉陈永东吴洋; 关键词：相对论速调管

kW级功率驱动的锁相高功率微波发生器被引量：1: 2018年; 针对kW级微波驱动的锁相GW高功率微波,设计了一个高增益(大于50dB)四腔相对论速调管放大器(RKA)。模拟表明,在此条件下高次模振荡严重影响器件的锁相实现。由此,将RKA结构与正反馈振荡电路结合起来,建立相应的等效电路来研究这种高次模激励的物理过程(即高次模的激励与中间腔之间耦合强度的相关性)。在高次模振荡的等效电路(即正反馈振荡电路)中,用衰减电阻代替结构中的微波吸收层来研究高次模振荡的抑制机理,衰减电阻通过对反馈过程的控制,提高了电路的自激振荡起振电流。在结构上按照衰减电阻要求设计了微波吸收层,将高次模振荡的起振电流提高到大于器件的工作电流,实现了高增益(约60dB)条件下高次模激励的抑制。模拟获得了4kW微波功率驱动的2.3GW锁相高功率微波,增益接近60dB。在LTD加速器平台的实验结果表明:注入微波由固态RF种子源提供(功率10kW),输出功率达到1.8GW,增益为52.6dB,90ns内输入和输出微波的相对相位差小于±10°,实验上实现了kW级注入微波对GW高功率微波的相位锁定。; 江佩洁张颜颜谢鸿全李正红; 关键词：相对论速调管放大器高功率微波锁相高次模

高增益相对论速调管放大器相位特性的模拟与实验研究被引量：4: 2015年; 为实现高功率微波的相干功率合成,开展了S波段高增益相对论速调管放大器输出微波相位特性的粒子模拟和实验研究,粒子模拟与实验结果均表明电子回流是影响输出微波相位特性的主要因素.在有效控制电子回流的情况下,实验实现输出微波相位抖动小于±10°,锁相时间达90 ns.以此计算,若相位抖动在±10°内满足均匀分布,十台该高增益相对论速调管放大器的功率合成效率将大于99%.; 吴洋许州谢鸿全李正红马乔生; 关键词：相对论速调管放大器相位特性功率合成

Ku波段低磁场返波管振荡器的模拟与实验被引量：4: 2015年; 为了实现高功率微波(HPM)系统小型化,结合传统低磁场相对论返波管振荡器(RBWO)的设计理论,设计一个Ku波段较低磁场的相对论返波振荡器。分析束压、束流、引导磁场等对输出微波的影响,并采用粒子模拟软件(PIC)优化结构。当轴向引导磁场为0.4 T,电子束束压和束流分别为600 k V和7 k A时,得到频率为13.08 GHz,功率为1.0 GW的微波输出。在强流电子束加速器平台上开展实验验证模拟结果:外加磁场0.4 T时,得到平均功率为850 MW、频率13.05 GHz、脉宽24 ns的微波输出。该实验结果为实现较低磁场GW级微波输出打下了良好的基础。; 邵剑波谢鸿全李正红马乔生吴洋; 关键词：相对论返波管 KU波段低引导磁场

相对论速调管中间腔与调制电子束间的非线性互作用: 2013年; 在强流相对论电子束驱动的相对论速调管放大器中,由于强流和高场强的影响,尤其是中间腔具有高Q值,微波腔与电子束之间的非线性作用很明显,严重影响器件性能.根据麦克斯韦方程组以及电子在微波场作用下运动方程给出了中间腔的束-波互作用自洽方程.从这些方程出发,研究了调制深度和调制频率对间隙电压幅度和相位的影响.对比常规速调管的等效电路模型,自洽公式给出的间隙电压幅值同粒子模拟结果更接近,尤其是较高调制深度的情况.同时器件带宽随调制深度的增加而变宽,这也同粒子模拟结果一致.由此设计了一个S波段高增益相对论放大器,在LTD(长脉冲螺旋线)加速器上开展了相应的实验工作,实验上获得了1.1GW的输出功率,器件增益49dB.; 陈永东吴洋谢鸿全李正红周自刚; 关键词：相对论速调管

0.3TKu波段返波管的低磁场特性研究被引量：1: 2016年; 为了实现相对论返波管振荡器(RBWO)永磁包装,本文采用Magic模拟软件在0.5T低磁场相对论返波管(RBWO)器件结构基础上,通过在器件慢波结构末端添加一个部分反射腔,减小电子束质量对束波转换影响,即减小引导磁场的影响,实现了Ku波段相对论返波管振荡器0.3T磁场下运行.当电子束束压600k V、电子束束流7k A时,模拟得到器件输出微波功率740MW,效率18%.尽管该器件的效率低于0.5T磁场下的效率(25%),然而0.3T引导磁场在工程上更容易实现.结合小型化的脉冲功率源进行实验研究,当二极管束压580k V、束流6.5k A,实验获得功率600MW,频率13.10GHz,脉宽25ns的微波输出,该器件的研制可以促进高功率微波(HPM)系统小型化的发展.; 邵剑波谢鸿全李正红马乔生; 关键词：相对论返波管小型化 KU波段

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国家自然科学基金(61271109)

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