搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

双间隙耦合腔电子电导的理论与计算仿真

黄传禄 丁耀根 王勇

引用本文:
Citation:

双间隙耦合腔电子电导的理论与计算仿真

黄传禄, 丁耀根, 王勇

The theory and computer simulation of beam-loading conductance in the double-gap coupled cavity

Huang Chuan-Lu, Ding Yao-Gen, Wang Yong
PDF
导出引用
  • 在速调管双间隙耦合谐振腔中,电子与每个间隙的电场相互作用进行能量交换,在两个间隙上体现出不同的电子负载效应.传统的电子电导计算模型,只能从整体上而无法在每个间隙上考虑这个效应.基于空间电荷波理论,建立了双间隙耦合腔中单个间隙电子电导的理论模型,推导出相应的计算公式.利用三维粒子模拟工具进行了仿真研究,理论计算与仿真结果相符.与传统的电子电导模型相比,该理论模型能反映出双间隙耦合腔中每个间隙的电子负载效应.利用该模型能更加深入和准确地进行间隙注波互作用的研究以及耦合腔中模式稳定性的分析.
    In a double-gap coupled cavity of klystrons, the electrons exchange energy with the electric field in each gap through beam-wave interaction process, and different beam-loading effects take place in each gap. However in this case the traditional beam-loading model does not hold true. To solve this problem, we present a novel model according to the space-charge-wave theory to calculate the beam-loading conductance in each gap of the coupled-cavity, and also derive the formulations. Moreover, we perform a simulation study using a three-dimensional particle-in-cell code. The results obtained by the model show good agreement with the simulation results. In comparison with the traditional model, the new model can be used to calculate the beam-loading conductances in diffident regions of the coupled-cavity, and then it can be used to study the beam-wave interactions in the gaps and analyze the mode stability in the coupled-cavity in a high accuracy.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60971073)资助的课题.
    [1]

    Chodorow M, Wessel-Berg T 1961 IEEE Trans. Electron. Dev. 8 44

    [2]

    Wessel-Berg T 1957 A General Theory of Klystrons with Arbitrary Extended Interaction Fields (California: Microwave Laboratory of Stanford University) p376

    [3]
    [4]
    [5]

    Zhang K C, Wu Z H, Liu S G 2008 Chin. Phys. B 17 3402

    [6]
    [7]

    Lin F M, Ding Y G 2004 Vac. Electron. Techn. 2 10

    [8]

    Quan Y M, Ding Y G, Wang S Z 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 37 30

    [9]
    [10]

    Quan Y M 2008 Ph. D. Dissertation (Beijing: Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [全亚民 2008 博士学位论文 (北京:中国科学院电子学研究所)]

    [11]
    [12]

    Hsu H L 2006 Ph. D. Dissertation (Davis: University of California Davis)

    [13]
    [14]

    Craig E 1967 IEEE Trans. Electron. Dev. 14 273

    [15]
    [16]

    Kowalczyk R, Lau Y Y 2005 IEEE Trans. Electron. Dev. 52 2087

    [17]
    [18]
    [19]

    Wilsen B C, Lau Y Y 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 1160

    [20]

    Cui J, Luo J R, Zhu M, Guo W 2011 Acta Phys. Sin. 59 7383 (in Chinese) [崔 健、罗积润、朱 敏、郭 炜 2011 物理学报 59 7383]

    [21]
    [22]

    Zhao D, Ding Y G, Wang Y 2007 Acta Phys. Sin. 56 3324 (in Chinese) [赵 鼎、丁耀根、王 勇 2007 物理学报 56 3324]

    [23]
    [24]

    Yonezawa H, Okazaki Y 1984 A One-Dimension Disk Model Simulation for Klystron Design (California:SLAC of Stanford University)p5

    [25]
    [26]

    Cui J, Luo J R, Zhu M, Guo W 2011 Acta Phys. Sin. 60 061101(in Chinese) [崔 健、罗积润、朱 敏、郭 炜 2011 物理学报 60 061101]

    [27]
    [28]

    Xie J L, Zhao Y X 1966 Bunching Theory of Klystrons (Beijing: Science Press) pp88, 94 (in Chinese) [谢家麟、赵永翔 1966 速调管群聚理论 (北京:科学出版社) 第88,94页]

    [29]
    [30]
    [31]

    Pierce J R, Shepherd W G 1947 J. Bell. Syst. Techn. 26 663

    [32]

    Ding Y G 2008 Theory and Computer Simulation of High Power Klystron (Beijing: National Defense Industry Press) pp42, 64, 70 (in Chinese) [丁耀根2008大功率速调管的理论与计算模拟 (北京:国防工业出版社) 第42,64,70页]

    [33]
    [34]

    Dong Y H, Ding Y G, Xiao L 2005 Acta Phys. Sin. 54 5629 (in Chinese) [董玉和、丁耀根、肖 刘 2005 物理学报 54 5629]

    [35]
    [36]

    Gong H R, Gong Y B, Wei Y Y, Tang C J, Xue D H, Wang W X 2006 Acta Phys. Sin. 55 5368 (in Chinese) [巩华荣、宫玉彬、魏彦玉、唐昌建、薛东海、王文祥 2006 物理学报 55 5368]

    [37]
    [38]
    [39]

    Hu Y L, Yang Z H, Li J Q, Li B, Gao P, Jin X L 2009 Acta Phys. Sin. 58 6665 (in Chinese) [胡玉禄、杨中海、李建清、李 斌、高 鹏、金晓林 2009 物理学报 58 6665]

    [40]

    Chodorow M, Kulke B 1966 IEEE Trans. Electron. Dev.13 439

    [41]
  • [1]

    Chodorow M, Wessel-Berg T 1961 IEEE Trans. Electron. Dev. 8 44

    [2]

    Wessel-Berg T 1957 A General Theory of Klystrons with Arbitrary Extended Interaction Fields (California: Microwave Laboratory of Stanford University) p376

    [3]
    [4]
    [5]

    Zhang K C, Wu Z H, Liu S G 2008 Chin. Phys. B 17 3402

    [6]
    [7]

    Lin F M, Ding Y G 2004 Vac. Electron. Techn. 2 10

    [8]

    Quan Y M, Ding Y G, Wang S Z 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 37 30

    [9]
    [10]

    Quan Y M 2008 Ph. D. Dissertation (Beijing: Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [全亚民 2008 博士学位论文 (北京:中国科学院电子学研究所)]

    [11]
    [12]

    Hsu H L 2006 Ph. D. Dissertation (Davis: University of California Davis)

    [13]
    [14]

    Craig E 1967 IEEE Trans. Electron. Dev. 14 273

    [15]
    [16]

    Kowalczyk R, Lau Y Y 2005 IEEE Trans. Electron. Dev. 52 2087

    [17]
    [18]
    [19]

    Wilsen B C, Lau Y Y 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 1160

    [20]

    Cui J, Luo J R, Zhu M, Guo W 2011 Acta Phys. Sin. 59 7383 (in Chinese) [崔 健、罗积润、朱 敏、郭 炜 2011 物理学报 59 7383]

    [21]
    [22]

    Zhao D, Ding Y G, Wang Y 2007 Acta Phys. Sin. 56 3324 (in Chinese) [赵 鼎、丁耀根、王 勇 2007 物理学报 56 3324]

    [23]
    [24]

    Yonezawa H, Okazaki Y 1984 A One-Dimension Disk Model Simulation for Klystron Design (California:SLAC of Stanford University)p5

    [25]
    [26]

    Cui J, Luo J R, Zhu M, Guo W 2011 Acta Phys. Sin. 60 061101(in Chinese) [崔 健、罗积润、朱 敏、郭 炜 2011 物理学报 60 061101]

    [27]
    [28]

    Xie J L, Zhao Y X 1966 Bunching Theory of Klystrons (Beijing: Science Press) pp88, 94 (in Chinese) [谢家麟、赵永翔 1966 速调管群聚理论 (北京:科学出版社) 第88,94页]

    [29]
    [30]
    [31]

    Pierce J R, Shepherd W G 1947 J. Bell. Syst. Techn. 26 663

    [32]

    Ding Y G 2008 Theory and Computer Simulation of High Power Klystron (Beijing: National Defense Industry Press) pp42, 64, 70 (in Chinese) [丁耀根2008大功率速调管的理论与计算模拟 (北京:国防工业出版社) 第42,64,70页]

    [33]
    [34]

    Dong Y H, Ding Y G, Xiao L 2005 Acta Phys. Sin. 54 5629 (in Chinese) [董玉和、丁耀根、肖 刘 2005 物理学报 54 5629]

    [35]
    [36]

    Gong H R, Gong Y B, Wei Y Y, Tang C J, Xue D H, Wang W X 2006 Acta Phys. Sin. 55 5368 (in Chinese) [巩华荣、宫玉彬、魏彦玉、唐昌建、薛东海、王文祥 2006 物理学报 55 5368]

    [37]
    [38]
    [39]

    Hu Y L, Yang Z H, Li J Q, Li B, Gao P, Jin X L 2009 Acta Phys. Sin. 58 6665 (in Chinese) [胡玉禄、杨中海、李建清、李 斌、高 鹏、金晓林 2009 物理学报 58 6665]

    [40]

    Chodorow M, Kulke B 1966 IEEE Trans. Electron. Dev.13 439

    [41]
  • [1] 付瑜亮, 杨涓, 王彬, 胡展, 夏旭, 牟浩. 2 cm电子回旋共振离子源猝灭现象模拟. 物理学报, 2022, 71(8): 085203. doi: 10.7498/aps.71.20212151
    [2] 夏旭, 杨涓, 耿海, 吴先明, 付瑜亮, 牟浩, 谈人玮. 不同磁路下微型ECR中和器电子引出的模拟研究. 物理学报, 2022, 71(4): 045201. doi: 10.7498/aps.71.20211519
    [3] 夏旭, 杨涓, 耿海, WU Xian-Ming, 付瑜亮, 牟浩, 谈人玮. 不同磁路下微型ECR中和器电子引出的模拟研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211519
    [4] 夏旭, 杨涓, 付瑜亮, 吴先明, 耿海, 胡展. 2 cm电子回旋共振离子推力器离子源中磁场对等离子体特性与壁面电流影响的数值模拟. 物理学报, 2021, 70(7): 075204. doi: 10.7498/aps.70.20201667
    [5] 张钰如, 高飞, 王友年. 低气压感性耦合等离子体源模拟研究进展. 物理学报, 2021, 70(9): 095206. doi: 10.7498/aps.70.20202247
    [6] 董烨, 刘庆想, 庞健, 周海京, 董志伟. 二次电子倍增对射频平板腔建场过程的影响. 物理学报, 2018, 67(17): 177902. doi: 10.7498/aps.67.20180656
    [7] 王宬朕, 董全力, 刘苹, 吴奕莹, 盛政明, 张杰. 激光等离子体中高能电子各向异性压强的粒子模拟. 物理学报, 2017, 66(11): 115203. doi: 10.7498/aps.66.115203
    [8] 陈兆权, 殷志祥, 陈明功, 刘明海, 徐公林, 胡业林, 夏广庆, 宋晓, 贾晓芬, 胡希伟. 负偏压离子鞘及气体压强影响表面波放电过程的粒子模拟. 物理学报, 2014, 63(9): 095205. doi: 10.7498/aps.63.095205
    [9] 张枫, 黄硕, 李晓锋, 余芹, 顾彦珺, 孔青. 双束平行入射电子束引导的自注入电子加速效果的研究. 物理学报, 2013, 62(24): 242901. doi: 10.7498/aps.62.242901
    [10] 张国博, 邹德滨, 马燕云, 卓红斌, 邵福球, 杨晓虎, 葛哲屹, 银燕, 余同普, 田成林, 甘龙飞, 欧阳建明, 赵娜. 激光脉冲形状对弓形波电子俘获的影响. 物理学报, 2013, 62(20): 205203. doi: 10.7498/aps.62.205203
    [11] 张国博, 马燕云, 邹德滨, 卓红斌, 邵福球, 杨晓虎, 葛哲屹, 余同普, 田成林, 欧阳建明, 赵娜. 激光脉冲的横向波形对弓形波电子俘获的影响. 物理学报, 2013, 62(12): 125205. doi: 10.7498/aps.62.125205
    [12] 陈兆权, 夏广庆, 刘明海, 郑晓亮, 胡业林, 李平, 徐公林, 洪伶俐, 沈昊宇, 胡希伟. 气体压强及表面等离激元影响表面波等离子体电离发展过程的粒子模拟. 物理学报, 2013, 62(19): 195204. doi: 10.7498/aps.62.195204
    [13] 邹德滨, 卓红斌, 邵福球, 银燕, 马燕云, 田成林, 徐涵, 欧阳建明, 谢翔云, 陈德鹏. 单束激光脉冲俘获及放大机理的理论分析与数值模拟研究. 物理学报, 2012, 61(4): 045202. doi: 10.7498/aps.61.045202
    [14] 杨超, 刘大刚, 周俊, 廖臣, 彭凯, 刘盛纲. 一种新型径向三腔同轴虚阴极振荡器全三维粒子模拟研究. 物理学报, 2011, 60(8): 084102. doi: 10.7498/aps.60.084102
    [15] 金晓林, 黄桃, 廖平, 杨中海. 电子回旋共振放电中电子与微波互作用特性的粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模拟. 物理学报, 2009, 58(8): 5526-5531. doi: 10.7498/aps.58.5526
    [16] 李百文, 田恩科. 强激光与等离子体相互作用中受激陷俘电子声波散射及相空间离子涡旋的形成. 物理学报, 2007, 56(8): 4749-4761. doi: 10.7498/aps.56.4749
    [17] 巩华荣, 宫玉彬, 魏彦玉, 唐昌建, 薛东海, 王文祥. 考虑到束-波相互作用的速调管离子噪声二维模拟. 物理学报, 2006, 55(10): 5368-5374. doi: 10.7498/aps.55.5368
    [18] 金晓林, 杨中海. 电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅱ)——数值模拟与结果讨论. 物理学报, 2006, 55(11): 5935-5941. doi: 10.7498/aps.55.5935
    [19] 金晓林, 杨中海. 电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅰ)——物理模型与理论方法. 物理学报, 2006, 55(11): 5930-5934. doi: 10.7498/aps.55.5930
    [20] 简广德, 董家齐. 环形等离子体中电子温度梯度不稳定性的粒子模拟. 物理学报, 2003, 52(7): 1656-1662. doi: 10.7498/aps.52.1656
计量
  • 文章访问数:  4301
  • PDF下载量:  576
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-12-28
  • 修回日期:  2011-07-13
  • 刊出日期:  2011-06-05

双间隙耦合腔电子电导的理论与计算仿真

  • 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. 中国科学院研究生院,北京 100049
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60971073)资助的课题.

摘要: 在速调管双间隙耦合谐振腔中,电子与每个间隙的电场相互作用进行能量交换,在两个间隙上体现出不同的电子负载效应.传统的电子电导计算模型,只能从整体上而无法在每个间隙上考虑这个效应.基于空间电荷波理论,建立了双间隙耦合腔中单个间隙电子电导的理论模型,推导出相应的计算公式.利用三维粒子模拟工具进行了仿真研究,理论计算与仿真结果相符.与传统的电子电导模型相比,该理论模型能反映出双间隙耦合腔中每个间隙的电子负载效应.利用该模型能更加深入和准确地进行间隙注波互作用的研究以及耦合腔中模式稳定性的分析.

English Abstract

参考文献 (41)

目录

    /

    返回文章
    返回