摘要：根据0.14THz共焦波导回旋行波管对电子枪的要求,完成了双阳极磁控注入电子枪的设计。使用PIC软件对理论设计得到的结构参数进行了模拟优化,最终得到该枪的电子注横纵速度比为0.75,纵向速度零散1.33%。讨论了电极形状、阴极磁场、控制极电压及发射电流对电子注性能的影响,结果表明,设计过程中应对它们进行充分的优化。

摘要：设计了用于W波段三次谐波回旋管的带有iris结构的开放式谐振腔。采用低损耗圆对称模式TE_(02)工作。起振电流为2.9A,欧姆效率67%。PIC数值模拟结果表明,TE_(02)模式在iris谐振腔中可以实现稳定的W波段三次谐波单模振荡。当电压为45kV、电流为4A、横纵速度比为1.5时,可以获得25.7kW功率输出,对应的工作效率为14.3%。

摘要：采用TE_(34,10)-模式开展了140 GHz兆瓦级圆柱回旋管腔体的设计和优化,并分析了工作模的模式竞争情况.由于两个邻近模式TE33,10-和TE31,11+的竞争TE_(34,10)-未能在高效率区稳定振荡,使得输出功率显著降低.为了抑制模式竞争计算了工作模和两个竞争模的滞回曲线,结果表明,TE_(34,10)-能够在磁场由其低功率振荡区下降时对竞争模形成抑制,而在磁场由低到高时则由于竞争模的率先起振反而被竞争模所抑制.基于此设计了由5. 59 T下降至5. 51 T的时变磁场曲线,在此磁场下开展了包含42个模式在内的多模时域计算,结果表明竞争模式被有效抑制,工作模在此磁场曲线下能够稳定获得0. 96 MW的稳定输出功率,对应的电子效率为36. 7%,频率为140 GHz.

摘要：回旋管在毫米波与太赫兹频段能够输出高峰值功率和高平均功率,具有重要的应用需求。本文基于回旋管束波互作用理论设计了一只140 GHz回旋管以用于磁约束聚变中电子回旋加热相关元件的测试和老炼,目标是实现最大输出功率不小于50 kW,具备脉冲工作及连续运行能力,且具有一定的频率和功率调节范围以适应测试的需求。根据设计结果开展了该回旋管的研制与测试,在阴极电压-37.2 kV,控制极电压-12.19 kV,阳极电压+11 kV,束流3.4 A,工作磁场约5.3T下获得最大脉冲输出功率56 kW,功率可通过工作电流和磁场进行调节,同样的调节手段还可以使频率获得约80 MHz的调节范围。重点对起振电流、功率曲线和频率曲线等进行了理论计算结果和实验结果的对比,二者获得了良好的一致。由于初步实验中观察到了大于50 kW连续波功率输出时窗片的过温现象,因此降低功率在20.3 kW开展了连续运行实验,结果表明在该功率下回旋管连续运行状态稳定,可以用于后续聚变元件测试和老炼工作的开展。

摘要：采用线性理论和非线性理论研究了回旋管谐振腔结构、寄生模式抑制及注波互作用等问题。设计了一支工作在95GHz的三次谐波回旋管,注波互作用结构采用标准开放式谐振单腔,工作模式为TE64,采用电压45kV、电流5A、横纵速度比为1.5的小回旋电子注。在不考虑电子注速度离散及厚度的情况下,非线性理论分析表明,该回旋管可以获得14kW功率输出,横向互作用效率约为18%,整管效率约11%。

摘要：回旋管一般使用准光模式变换器实现高阶腔体模式到高斯波束的转换。结合标量衍射理论、KS迭代算法、几何光学、最小均方法等方法设计了工作频率为140 GHz(TE24,9)和105 GHz(TE18,7)的双频准光模式变换器。仿真结果显示所设计的准光模式变换器工作频率为140 GHz(TE24,9)时能量传输效率99.0%、高斯含量99.7%,工作频率为105 GHz(TE18,7)时能量传输效率97.3%、高斯含量98.0%。能够满足MW级双频回旋管的应用需求。

摘要：采用有限差分法分析了正三角形晶格金属柱光子带隙(PBG)结构中TE模式的色散特性,导出了全局带隙分布图,探讨了一套系统的设计指定本征频率PBG结构的方法。结果表明,金属柱半径与晶格常数的比值越小,越有利于PBG谐振腔的圆波导耦合输出。说明了类比圆柱波导设计回旋管的可能性。

摘要：采用冷腔分析研究了带有光阑结构的开放式谐振腔中的模式竞争,设计了采用TE61模式工作的W波段三次谐波回旋管谐振腔。PIC粒子模拟结果表明:在不考虑腔壁损耗及电子注能散的情况下,采用注电压45kV、电流3A的电子注,可以实现三次谐波单模稳定工作,并获得约20kW的输出功率,对应工作效率14.8%。

摘要：开展了40kW预群聚注入锁相回旋管的理论与模拟设计。基于全电磁仿真方法完成了预群聚腔的设计,并采用给定场理论对电子束经过预调制腔后的群聚状态进行了计算。采用自洽理论获得了回旋管的自由振荡工作参数,并计算了振荡频率随各种参数变化的规律,由此提出了锁相带宽的要求。采用PIC粒子模拟进行了锁相状态的模拟,得到7mm漂移距离下锁定增益可达30.5dB,相应的锁相带宽为20MHz。如果进一步增长漂移距离或者进一步增大输入功率,锁相带宽还会增大。理论计算和粒子模拟结果表明40kW级回旋管注入锁相具有良好的可行性。

摘要：在百千瓦或兆瓦级大功率毫米波系统中一般采用量热法对输出的毫米波功率进行测量。针对百千瓦级长脉冲大功率毫米波系统功率测量的需要,开展了基于量热法的功率测量系统设计,利用吸收负载将入射的毫米波能量转换为热量,通过监测出入水口的温度和流量实现了大功率毫米波功率测量,并开展了重复性测试。为了实现量值溯源,提高测量系统的准确性,开展了能量标准装置的设计,并推导了能量测量误差。