过模结构表面波振荡器模式选择

李小泽; 滕雁; 王建国; 宋志敏; 张黎军; 张余川; 叶虎

doi:10.7498/aps.62.084103

摘要

过模结构能提高器件的功率容量和工作频率, 能使器件工作在低磁场状态, 越来越多的器件采用过模结构.但是过模结构允许多个模式同时存在, 这可能会引起模式竞争问题.本文通过理论分析和数值计算, 研究了过模结构模式选择问题.计算结果表明, 通过选择合适的结构参数和电参数, 使得器件工作在行波状态, 可以实现不同横向模式的选择.在此基础上, 通过选择合适的电子束和结构参数, 能实现不同纵向模式的选择.对计算结果进行了粒子模拟验证, 与理论分析符合较好, 达到了模式选择的目的.

关键词:

Abstract

More and more overmoded structures have been adopted in electronic vacuum devices because they can increase the power capacity and the frequency of the output signals. Overmoded structure device can more easily work in a low magnetic field. Overmoded structure may cause mode competition, which will reduce the output power. Mode selection in overmoded structure is studied in this article. Dispersion relation is obtained and solved numerically. The results show that the appropriate selection of working point that ensures the device working in a traveling wave state can realize transverse mode selection and appropriation selection of parameter of electron beam and the structure can realize the axial mode selection. The calculation results are verified by particle simulation.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西北核技术研究所, 西安 710024;

2.
高功率微波技术重点实验室, 西安 710024

Authors and contacts

1.
Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi’an 710024, China;

2.
Science and Technology on High Power Microwave Laboratory, Xi'an 710024, China

参考文献

[1]	Korovin S D, Mesyats G A, Pegel I V, Polevin S D, Tarakanov V P 2000 IEEE Trans. Plasma Sci. 28 485
[2]	Agee F J 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 235
[3]	Abe D K, Carmel Y, Miller S M, Bromborsky A, Levush B, Antonsen T M, Destler W W 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 591
[4]	Vlasov A N, Shkvarunets A G, Rodgers J C, Carmel Y, Antonsen T M, Abuelfadl T M, Lingze D, Cherepenin V A, Nusinovich G S, Botton M, Granatstein V L 2000 IEEE Trans. Plasma Sci. 28 550
[5]	Zhang J, Zhong H H, Luo L 2004 IEEE Trans. Plasma Sci. 32 2236
[6]	Zhu J, Shu T, Zhang J, Li G L, Zhang Z H 2010 Phys. Plasmas 17 083104
[7]	Zhang J, Zhong H H, Jin Z X, Shu T, Cao S G, Zhou S Y 2009 IEEE Trans. Plasma Sci. 37 1552
[8]	Xiao R Z, Tan W B, Li X Z, Song Z M, Sun J, Chen C H 2012 Phys. Plasmas 19 093102
[9]	Zhang J, Zhong H H 2005 Acta Phys. Sin. 54 206 (in Chinese) [张军, 钟辉煌 2005 物理学报 54 206]

施引文献

[1]	Korovin S D, Mesyats G A, Pegel I V, Polevin S D, Tarakanov V P 2000 IEEE Trans. Plasma Sci. 28 485
[2]	Agee F J 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 235
[3]	Abe D K, Carmel Y, Miller S M, Bromborsky A, Levush B, Antonsen T M, Destler W W 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 591
[4]	Vlasov A N, Shkvarunets A G, Rodgers J C, Carmel Y, Antonsen T M, Abuelfadl T M, Lingze D, Cherepenin V A, Nusinovich G S, Botton M, Granatstein V L 2000 IEEE Trans. Plasma Sci. 28 550
[5]	Zhang J, Zhong H H, Luo L 2004 IEEE Trans. Plasma Sci. 32 2236
[6]	Zhu J, Shu T, Zhang J, Li G L, Zhang Z H 2010 Phys. Plasmas 17 083104
[7]	Zhang J, Zhong H H, Jin Z X, Shu T, Cao S G, Zhou S Y 2009 IEEE Trans. Plasma Sci. 37 1552
[8]	Xiao R Z, Tan W B, Li X Z, Song Z M, Sun J, Chen C H 2012 Phys. Plasmas 19 093102
[9]	Zhang J, Zhong H H 2005 Acta Phys. Sin. 54 206 (in Chinese) [张军, 钟辉煌 2005 物理学报 54 206]

[1]	苏瑞霞, 黄霞, 郑志刚. 耦合Frenkel-Kontorova双链的格波解及其色散关系. 物理学报, 2022, 71(15): 154401. doi: 10.7498/aps.71.20212362
[2]	刘俊杰, 盛泉, 王盟, 张钧翔, 耿兴宁, 石争, 王爱华, 史伟, 姚建铨. 基于腔内球差选模产生高阶拉盖尔-高斯模式激光. 物理学报, 2022, 71(1): 014204. doi: 10.7498/aps.71.20211514
[3]	王梦宇, 孟令俊, 杨煜, 钟汇凯, 吴涛, 刘彬, 张磊, 伏燕军, 王克逸. 扁长型微瓶腔中的回音壁模式选择及Fano谐振. 物理学报, 2020, 69(23): 234203. doi: 10.7498/aps.69.20200817
[4]	李文秋, 赵斌, 王刚, 相东. 螺旋波等离子体中螺旋波与Trivelpiece-Gould波模式耦合及线性能量沉积特性参量分析. 物理学报, 2020, 69(11): 115201. doi: 10.7498/aps.69.20200062
[5]	李文秋, 赵斌, 王刚. 电子温度对螺旋波等离子体中电磁模式能量沉积特性的影响. 物理学报, 2020, 69(21): 215201. doi: 10.7498/aps.69.20201018
[6]	任泽平, 陈再高, 陈剑楠, 乔海亮. 频率色散表面阻抗对真空电子太赫兹源的影响. 物理学报, 2020, 69(4): 040701. doi: 10.7498/aps.69.20191488
[7]	李文秋, 王刚, 苏小保. 非磁化冷等离子体柱中的模式辐射特性分析. 物理学报, 2017, 66(5): 055201. doi: 10.7498/aps.66.055201
[8]	陈再高, 王建国, 王玥, 张殿辉, 乔海亮. 欧姆损耗对太赫兹频段同轴表面波振荡器的影响. 物理学报, 2015, 64(7): 070703. doi: 10.7498/aps.64.070703
[9]	赵文娟, 陈再高, 郭伟杰. 慢波结构爆炸发射对高功率太赫兹表面波振荡器的影响. 物理学报, 2015, 64(15): 150702. doi: 10.7498/aps.64.150702
[10]	郭伟杰, 陈再高, 蔡利兵, 王光强, 程国新. 0.14 THz双环超材料慢波结构表面波振荡器数值研究. 物理学报, 2015, 64(7): 070702. doi: 10.7498/aps.64.070702
[11]	王光强, 王建国, 李爽, 王雪锋, 陆希成, 宋志敏. 0.34 THz大功率过模表面波振荡器研究. 物理学报, 2015, 64(5): 050703. doi: 10.7498/aps.64.050703
[12]	陈再高, 王建国, 王光强, 李爽, 王玥, 张殿辉, 乔海亮. 0.14太赫兹同轴表面波振荡器研究. 物理学报, 2014, 63(11): 110703. doi: 10.7498/aps.63.110703
[13]	李爽, 王建国, 童长江, 王光强, 陆希成, 王雪锋. 大功率0.34 THz辐射源中慢波结构的优化设计. 物理学报, 2013, 62(12): 120703. doi: 10.7498/aps.62.120703
[14]	王光强, 王建国, 李爽, 王雪锋, 童长江, 陆希成, 郭伟杰. 0.14THz过模表面波振荡器的模式分析. 物理学报, 2013, 62(15): 150701. doi: 10.7498/aps.62.150701
[15]	刘三秋, 国洪梅. 极端相对论快电子分布等离子体中横振荡色散关系. 物理学报, 2011, 60(5): 055203. doi: 10.7498/aps.60.055203
[16]	刘炳灿, 逯志欣, 于丽. 金属和Kerr非线性介质界面上表面等离子体激元的色散关系. 物理学报, 2010, 59(2): 1180-1184. doi: 10.7498/aps.59.1180
[17]	宋国峰, 张宇, 郭宝山, 汪卫敏. 表面等离子体调制单模面发射激光器的研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7278-7281. doi: 10.7498/aps.58.7278
[18]	刘劲松, 刘海, 王春, 吕健滔, 樊婷, 王晓东. 二维随机激光器的模式选择及阈值与饱和特性. 物理学报, 2006, 55(8): 4123-4131. doi: 10.7498/aps.55.4123
[19]	魏新华, 周国成, 曹晋滨, 李柳元. 无碰撞电流片低频电磁模不稳定性：MHD模型. 物理学报, 2005, 54(7): 3228-3235. doi: 10.7498/aps.54.3228
[20]	谢鸿全, 刘濮鲲, 李承跃, 鄢　扬, 刘盛纲. 等离子体填充波纹波导中低频模式特性分析. 物理学报, 2004, 53(9): 3114-3118. doi: 10.7498/aps.53.3114

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