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三种同轴双波纹周期慢波结构对比研究

葛行军 钟辉煌 钱宝良 张军

三种同轴双波纹周期慢波结构对比研究

葛行军, 钟辉煌, 钱宝良, 张军
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  • 利用Fourier级数展开法,给出了任意几何结构的表达式的求解方法.通过数值计算,对比分析了余弦、梯形和矩形波纹慢波结构(slow-wave structure,SWS)的色散特性.根据S参数理论,研究了这三种SWS纵向模式选择的特性,提出了在同轴慢波器件中加入同轴引出结构,可减少所需SWS周期数,不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争从而提高器件效率、稳定产生微波频率.进一步通过KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序,探讨了分别采用三种SWS的相对论返波振荡器(backward-wave oscillator,BWO)的束-波作用的物理过程,设计了一种紧凑型、吉瓦级、同轴L波段BWO,分析了不同形状SWS的选取原则.在此基础上,开展了初步实验研究:在二极管电压为670 kV,电子束流为107 kA,引导磁场为075 T的条件下,输出微波峰值功率约为102 GW,微波波形半高宽为22 ns,功率转换效率约为142%,频率为161 GHz.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号:2002AA834020) 资助的课题.
    [1]

    [1]Zhang J,Zhong H H 2005 Acta Phys. Sin. 54 0206 (in Chinese) [张军、钟辉煌 2005 物理学报 54 0206]

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    [2]Xiao R Z,Liu G Z,Chen C H 2008 Chin. Phys. B 17 3807

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    [3]Nation J A 1970 Appl. Phys. Lett. 17 491

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    [4]Swegle J A,Poukey J W,Leifeste G T 1985 Phys. Fluids 28 2882

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    [5]Choyal Y,Maheshwari K P 1995 Phys. Plasmas 2 319

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    [6]Minami K,Kobayashi S,Hayatsu Y 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 1196

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    [8]Bugaev S P,Cherepenin V A,Kanavets V I 1990 IEEE Trans. Plasma Sci. 18 525

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    [9]Larald M,Edl S,Raymond W L 1994 IEEE Trans. Plasma Sci. 22 554

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    ]Zhang J,Zhong H H,Luo L 2004 IEEE Trans. Plasma Sci. 32 2236

    [11]

    ]Xiao R Z,Lin Y Z,Song Z M 2007 IEEE Trans. Plasma Sci. 35 1456

    [12]

    ]Liu G Z,Xiao R Z,Chen C H 2008 J. Appl. Phys. 103 093303

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    ]Xiao R Z,Zhang L J,Liang T Z 2008 Phys. Plasmas 17 053107

    [14]

    ]Main W,Carmel Y,Ogura K 1994 IEEE Trans. Plasma Sci. 22 566

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    ]Levush B,Antonsen T M,Bromborsky A 1992 IEEE Trans. Plasma Sci. 20 263

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    ]Gunin A V,Korovin S D,Kurkan I K 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 326

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    [3]Nation J A 1970 Appl. Phys. Lett. 17 491

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    ]Xiao R Z,Zhang L J,Liang T Z 2008 Phys. Plasmas 17 053107

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    ]Main W,Carmel Y,Ogura K 1994 IEEE Trans. Plasma Sci. 22 566

    [15]

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    ]Gunin A V,Korovin S D,Kurkan I K 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 326

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出版历程
  • 收稿日期:  2009-05-12
  • 修回日期:  2009-07-05
  • 刊出日期:  2010-02-05

三种同轴双波纹周期慢波结构对比研究

  • 1. 国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙 410073
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(批准号:2002AA834020) 资助的课题.

摘要: 利用Fourier级数展开法,给出了任意几何结构的表达式的求解方法.通过数值计算,对比分析了余弦、梯形和矩形波纹慢波结构(slow-wave structure,SWS)的色散特性.根据S参数理论,研究了这三种SWS纵向模式选择的特性,提出了在同轴慢波器件中加入同轴引出结构,可减少所需SWS周期数,不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争从而提高器件效率、稳定产生微波频率.进一步通过KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序,探讨了分别采用三种SWS的相对论返波振荡器(backward-wave oscillator,BWO)的束-波作用的物理过程,设计了一种紧凑型、吉瓦级、同轴L波段BWO,分析了不同形状SWS的选取原则.在此基础上,开展了初步实验研究:在二极管电压为670 kV,电子束流为107 kA,引导磁场为075 T的条件下,输出微波峰值功率约为102 GW,微波波形半高宽为22 ns,功率转换效率约为142%,频率为161 GHz.

English Abstract

参考文献 (16)

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