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W波段边廊模回旋管准光模式变换器的研究与设计

刘濮鲲 耿志辉 徐寿喜 王斌 杜朝海

W波段边廊模回旋管准光模式变换器的研究与设计

刘濮鲲, 耿志辉, 徐寿喜, 王斌, 杜朝海
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  • 详细研究并设计了一个由Vlasov螺旋开口辐射器和两级曲面反射器组成的边廊模回旋管准光模式变换器.首先采用几何光学理论研究了设计的Vlasov型准光模式变换器的工作机理,在此基础上,再利用矢量绕射理论中的口径场积分法和表面电流积分法编写了模拟仿真程序,最后结合W波段边廊模回旋管的具体设计参数,应用所编写程序详细分析了工作模式在此变换器中的模式变换过程.模拟结果表明,W波段回旋管中的TE12,2边廊模在输出窗处被转换为能量集中的准Gauss波束.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60571039, 60971072)资助的课题.
    [1]

    [1]Chu K R 2004 Rev. Mod. Phys. 76 489

    [2]

    [2]Thumm M 2008 Sci. Rep. FZKA 7392 1

    [3]

    [3]Kartikeyan M V, Borie E, Thumm M 2004 Gyrotrons: High Power Microwave and Millimeter Wave Technology (Berlin: Springer-Verlag) p7

    [4]

    [4]Nusinovich G S 2004 Introduction to the Physics of Gyrotrons (Baltimore and London: Johns Hopkins University) p3

    [5]

    [5]Edgcombe C J 1993 Gyrotron Oscillators:Their Principles and Practice (London: Taylor and Francis) p1

    [6]

    [6]Lorbeck J A, Vernon R J 1991 IEEE Trans. Anten. Propag. 39 1733

    [7]

    [7]Mobius A W, Casey J A, Kreischer K E, Li A, Temkin R J 1992 Int. J. Infra. Millim. Waves 13 1033

    [8]

    [8]Liu X J, Li H F, Yu S, Xie Z L, Yang S W 2002 Acta Phys. Sin. 51 2291 (in Chinese) [牛新建、 李宏福、 喻胜、 谢仲怜、 杨仕文 2002 物理学报 51 2291]

    [9]

    [9]Vlasov S N, Zagryadskaya L I, Petelin M I 1975 Radio Engng. Electron. Phys. 20 14

    [10]

    ]Wada O, Hashimoto M, Nakajima M 1988 Int. J. Electron. 65 725

    [11]

    ]Miyake S, Wada O, Nakajima M, Idehara T, Brand G F 1991 Int. J. Electron. 70 979

    [12]

    ]Blank M, Casey J A, Kreischer K E, Temkin R J, Price T 1992 Int. J. Electron. 72 1093

    [13]

    ]Lorbeck J A, Vernon R J 1995 IEEE Trans. Antennas Propag. 43 1383

    [14]

    ]Zhou H J, Ding W, Liu Q X 2002 High Power Laser Part. Beams 14 431 (in Chinese) [周海京、丁武、 刘庆想 2002 强激光与粒子束 14 431]

    [15]

    ]Iatrou C T 1995 IEEE Tran. Microwave Theor. Technol. 43 529

    [16]

    ]Yang S W, Tan S H, Li H F 2002 IEEE Trans Microwave Theory Tech. 50 1849

    [17]

    ]]Drumm O 2002 Wissenschaftliche Berichte FZKA 6754 Ph.D. Dissertation (in German) 39

    [18]

    ]Jin J B, Piosczyk B, Thumm M, Rzesnicki T, Zahng S C 2006 IEEE Trans. Plasma Sci. 34 1508

    [19]

    ]Kong J A 1986 Electromagnetic Wave Theory (New York: John Wiley and Sons ) p381

  • [1]

    [1]Chu K R 2004 Rev. Mod. Phys. 76 489

    [2]

    [2]Thumm M 2008 Sci. Rep. FZKA 7392 1

    [3]

    [3]Kartikeyan M V, Borie E, Thumm M 2004 Gyrotrons: High Power Microwave and Millimeter Wave Technology (Berlin: Springer-Verlag) p7

    [4]

    [4]Nusinovich G S 2004 Introduction to the Physics of Gyrotrons (Baltimore and London: Johns Hopkins University) p3

    [5]

    [5]Edgcombe C J 1993 Gyrotron Oscillators:Their Principles and Practice (London: Taylor and Francis) p1

    [6]

    [6]Lorbeck J A, Vernon R J 1991 IEEE Trans. Anten. Propag. 39 1733

    [7]

    [7]Mobius A W, Casey J A, Kreischer K E, Li A, Temkin R J 1992 Int. J. Infra. Millim. Waves 13 1033

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    [8]Liu X J, Li H F, Yu S, Xie Z L, Yang S W 2002 Acta Phys. Sin. 51 2291 (in Chinese) [牛新建、 李宏福、 喻胜、 谢仲怜、 杨仕文 2002 物理学报 51 2291]

    [9]

    [9]Vlasov S N, Zagryadskaya L I, Petelin M I 1975 Radio Engng. Electron. Phys. 20 14

    [10]

    ]Wada O, Hashimoto M, Nakajima M 1988 Int. J. Electron. 65 725

    [11]

    ]Miyake S, Wada O, Nakajima M, Idehara T, Brand G F 1991 Int. J. Electron. 70 979

    [12]

    ]Blank M, Casey J A, Kreischer K E, Temkin R J, Price T 1992 Int. J. Electron. 72 1093

    [13]

    ]Lorbeck J A, Vernon R J 1995 IEEE Trans. Antennas Propag. 43 1383

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    ]Zhou H J, Ding W, Liu Q X 2002 High Power Laser Part. Beams 14 431 (in Chinese) [周海京、丁武、 刘庆想 2002 强激光与粒子束 14 431]

    [15]

    ]Iatrou C T 1995 IEEE Tran. Microwave Theor. Technol. 43 529

    [16]

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    [19]

    ]Kong J A 1986 Electromagnetic Wave Theory (New York: John Wiley and Sons ) p381

  • [1] 刘濮鲲, 来国军. W波段回旋行波管放大器的模拟与设计. 物理学报, 2006, 55(1): 321-325. doi: 10.7498/aps.55.321
    [2] 谢文球, 王自成, 罗积润, 刘青伦, 董芳. 基于开槽单矩形栅和圆形电子注的W波段返波振荡器. 物理学报, 2013, 62(15): 158503. doi: 10.7498/aps.62.158503
    [3] 刘濮鲲, 来国军. W波段二次谐波回旋行波管放大器的模拟与设计. 物理学报, 2007, 56(8): 4515-4522. doi: 10.7498/aps.56.4515
    [4] 李宏福, 谢仲怜, 罗勇, 喻胜. 8mm波段三次谐波复合腔回旋管的非线性分析. 物理学报, 2001, 50(10): 1979-1983. doi: 10.7498/aps.50.1979
    [5] 刘国, 王建勋, 罗勇. W波段带状注速调管准光输出结构改进设计. 物理学报, 2013, 62(7): 078404. doi: 10.7498/aps.62.078404
    [6] 刘睿, 李宏福, 牛新建. 回旋管谐振腔本征模式计算的新算法. 物理学报, 2011, 60(9): 090205. doi: 10.7498/aps.60.090205
    [7] 王虎, 沈文渊, 耿志辉, 徐寿喜, 王斌, 杜朝海, 刘濮鲲. 高功率回旋振荡管Denisov型辐射器的研究. 物理学报, 2013, 62(23): 238401. doi: 10.7498/aps.62.238401
    [8] 罗尧天, 唐昌建. 光子带隙谐振腔回旋管振荡器的自洽非线性理论. 物理学报, 2011, 60(1): 014104. doi: 10.7498/aps.60.014104
    [9] 黄丽萍, 洪斌斌, 刘畅, 唐昌建. 220GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的研究. 物理学报, 2014, 63(11): 118401. doi: 10.7498/aps.63.118401
    [10] 罗尧天, 唐昌建, 刘畅, 刘濮鲲. 回旋管光子带隙谐振腔冷腔电磁模式分析. 物理学报, 2009, 58(12): 8174-8179. doi: 10.7498/aps.58.8174
    [11] 兰峰, 杨梓强, 史宗君. 非均匀扰动结构TE0n模式变换器研究. 物理学报, 2012, 61(15): 155201. doi: 10.7498/aps.61.155201
    [12] 曾造金, 胡林林, 马乔生, 蒋艺, 陈洪斌. W波段分布作用速调管的设计和实验研究. 物理学报, 2019, 68(8): 084101. doi: 10.7498/aps.68.20182194
    [13] 吴洋, 许州, 周霖, 李文君, 唐传祥. W波段扩展互作用速调管放大器的模拟与设计 . 物理学报, 2012, 61(22): 224101. doi: 10.7498/aps.61.224101
    [14] 曾造金, 马乔生, 胡林林, 蒋艺, 胡鹏, 雷文强, 马国武, 陈洪斌. W波段带状注扩展互作用速调管放大器的理论研究与数值模拟. 物理学报, 2019, 68(24): 248401. doi: 10.7498/aps.68.20190907
    [15] 韩煜, 袁学松, 马春燕, 鄢扬. 波瓣波导谐振腔太赫兹回旋管的研究. 物理学报, 2012, 61(6): 064102. doi: 10.7498/aps.61.064102
    [16] 雷朝军, 喻胜, 李宏福, 牛新建, 刘迎辉, 候慎勇, 张天钟. 缓变回旋管谐振腔研究. 物理学报, 2012, 61(18): 180202. doi: 10.7498/aps.61.180202
    [17] 喻 胜, 李宏福, 谢仲怜, 罗 勇. 渐变复合腔回旋管高次谐波注-波互作用非线性模拟. 物理学报, 2000, 49(12): 2455-2459. doi: 10.7498/aps.49.2455
    [18] 刘建卫, 赵青, 李宏福. 94 GHz回旋管准光模式变换器设计. 物理学报, 2011, 60(10): 104201. doi: 10.7498/aps.60.104201
    [19] 刘迎辉, 李宏福, 李 浩, 王峨锋, 徐 勇, 王 晖, 王 丽. 具有突变结构开放腔的矩阵分析. 物理学报, 2006, 55(4): 1718-1723. doi: 10.7498/aps.55.1718
    [20] 徐刚, 谢平, 廖勇. X波段过模弯曲圆波导TM01-HE11模式变换器研究. 物理学报, 2013, 62(7): 078401. doi: 10.7498/aps.62.078401
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-05-12
  • 修回日期:  2009-07-10
  • 刊出日期:  2010-04-15

W波段边廊模回旋管准光模式变换器的研究与设计

  • 1. (1)中国科学院电子学研究所,中国科学院高功率微波源与技术重点实验室,北京 100190; (2)中国科学院电子学研究所,中国科学院高功率微波源与技术重点实验室,北京 100190;中国科学院研究生院,北京 100049
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:60571039, 60971072)资助的课题.

摘要: 详细研究并设计了一个由Vlasov螺旋开口辐射器和两级曲面反射器组成的边廊模回旋管准光模式变换器.首先采用几何光学理论研究了设计的Vlasov型准光模式变换器的工作机理,在此基础上,再利用矢量绕射理论中的口径场积分法和表面电流积分法编写了模拟仿真程序,最后结合W波段边廊模回旋管的具体设计参数,应用所编写程序详细分析了工作模式在此变换器中的模式变换过程.模拟结果表明,W波段回旋管中的TE12,2边廊模在输出窗处被转换为能量集中的准Gauss波束.

English Abstract

参考文献 (19)

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