S波段低磁场相对论返波管振荡器研究
发布时间：2020-12-11 20:37
相对论返波管振荡器(relativistic backward wave oscillator,RBWO)因具有高功率、高效率等优点,是当前最具潜力的高功率微波(high power microwave,HPM)器件之一。然而RBWO要求的引导磁场强度较高,这一缺点极大地阻碍了以RBWO为微波源的HPM系统的小型化和实用化。为了降低器件所需的引导磁场强度,本论文对S波段低磁场RBWO进行了理论分析、粒子模拟和实验研究,并对该RBWO的配套小型磁场开展了研究。论文首先对相对论返波管振荡器的回旋共振吸收效应进行了理论分析,从回旋共振同步条件推导出发生电子回旋共振吸收的引导磁场强度。随后通过器件中电子分布函数及其微扰项所满足的方程出发,推导出相对论返波管振荡器中输出微波功率随引导磁场强度的变化。在发生电子回旋共振吸收的引导磁场强度下,器件输出微波功率为零,以此为分界,RBWO的工作区域被划分为低磁场区和高磁场区。本论文所研究的RBWO工作在低磁场区域。其次,论文对低磁场条件下S波段RBWO进行了粒子模拟研究。在粒子模拟中增大电子束与器件内壁间距,解决了低磁场强度下的电子束传输问题。通过设计特...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２相对论返波管振荡器结构示意图??
区?ｒ＾ｉ??图１．２相对论返波管振荡器结构示意图??自ＲＢＷ０诞生以来，国内外大量学者投身于ＲＢＷ０的理论研究、数值模拟和实验??研宄，并在随后四十多年的时间里推动了?ＲＢＷＯ技术的巨大进步。目前已经可以通过??ｋＡ量级电流、ｋＶ量级电压的强流相对论电子束驱动ＲＢＷＯ产生ＧＷ量级的输出功率，??频率从Ｌ波段延伸到毫米波，效率从２０％到接近５０％不等［１４＿２１］。??最近二十多年的时间里，国内的ＲＢＷＯ研宄发展迅速。从事这方面研究的机构主??要有西北核技术研究所，中国工程物理研宄院应用电子学研究所和国防科技大学。西北??核技术研究所对ＲＢＷＯ的研究主要集中在三个方向：１）双模ＲＢＷＯ，模式转换反射腔??位于慢波结构前端
?Ｆ｜??图１．４非均匀慢波结构ＲＢＷＯ结构示意图??２０１３年，中国工程物理研宄院马乔生等人对低磁场Ｘ波段相对论返波管振荡器及??其永磁包装展开了理论和实验研宄［４３］［４４］。他们结合了分离腔振荡器、多波契伦柯夫振荡??器和过模返波管振荡器的优点，设计了一个具有非均匀慢波结构的返波管振荡器，结构??如图１．５所示。利用电压７５０ｋＶ，电流５．５ｋＡ的电子束驱动相对论返波管振荡器，当引??导磁场强度为０．４６?Ｔ时，得到功率１．２４?ＧＷ、频率９．１?ＧＨｚ的输出微波，同时开展了永??磁包装相对论返波管实验，当电子束电压和电流分别为７９０?ｋＶ和５．２?ｋＡ时，在平均磁??场强度０．４６Ｔ的小型永磁体上获得了功率９４０?ＭＷ，频率９．０８?ＧＨｚ的单次微波脉冲输出。??该磁体总长度为４８?ｃｍ，外半径为１５?ｃｍ，总重量约为１１６?ｋｇ。以重复频率２０Ｈｚ进行时??长１?ｓ的实验
【参考文献】：
期刊论文
[1]过模返波管的正反馈机制[J]. 李正红,谢鸿全. 物理学报. 2019(05)
[2]Ka波段TM02模式低磁场相对论返波管初步实验研究[J]. 王东阳,滕雁,史彦超,李爽,吴平,邓昱群,杨德文,陈昌华. 强激光与粒子束. 2018(07)
[3]一种X波段过模高效率相对论返波管[J]. 史彦超,滕雁,陈昌华,肖仁珍,邓昱群,杨德文,王东阳,孙钧. 强激光与粒子束. 2018(07)
[4]基于超级电容储能方式的秒级磁场[J]. 杨晓亮,罗光耀,黄华,金晖,王朋,罗敏. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(06)
[5]X波段永磁包装相对论返波管研制[J]. 马乔生,张运俭,李正红,吴洋. 强激光与粒子束. 2017(02)
[6]0.3TKu波段返波管的低磁场特性研究[J]. 邵剑波,谢鸿全,李正红,马乔生. 电子学报. 2016(09)
[7]一种Ku波段高效率低磁场同轴相对论返波管[J]. 谭维兵,曹亦兵,宋玮,陈昌华,李小泽,张立刚,朱晓欣. 强激光与粒子束. 2016(09)
[8]阳极结构对过模返波振荡器长脉冲工作特性的影响[J]. 杨俊飞,黄启俊,李正红,李原,李志春. 强激光与粒子束. 2016(05)
[9]高功率微波辐射场远场测量方法[J]. 张黎军,陈昌华,滕雁,孙钧,宋志敏,张晓微,张治强. 强激光与粒子束. 2016(05)
[10]X波段低磁场相对论返波管振荡器实验研究[J]. 邵剑波,马乔生,谢鸿全,李正红. 微波学报. 2015(03)
博士论文
[1]相对论返波管相位牵引研究[D]. 邓昱群.清华大学 2017
[2]L波段频率可调同轴相对论返波振荡器研究[D]. 葛行军.国防科学技术大学 2010
[3]高效同轴相对论返波管研究[D]. 滕雁.清华大学 2010
[4]X波段相对论返波管振荡器研究[D]. 马乔生.中国工程物理研究院 2008
硕士论文
[1]强流相对论环形电子束的周期磁场引导技术研究[D]. 魏元璋.电子科技大学 2018
[2]X波段低磁场相对论返波管研究[D]. 邵剑波.西南科技大学 2015
[3]Ku波段低磁场过模慢波高功率微波发生器研究[D]. 李川.国防科学技术大学 2010
本文编号：2911184
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２相对论返波管振荡器结构示意图??
区?ｒ＾ｉ??图１．２相对论返波管振荡器结构示意图??自ＲＢＷ０诞生以来，国内外大量学者投身于ＲＢＷ０的理论研究、数值模拟和实验??研宄，并在随后四十多年的时间里推动了?ＲＢＷＯ技术的巨大进步。目前已经可以通过??ｋＡ量级电流、ｋＶ量级电压的强流相对论电子束驱动ＲＢＷＯ产生ＧＷ量级的输出功率，??频率从Ｌ波段延伸到毫米波，效率从２０％到接近５０％不等［１４＿２１］。??最近二十多年的时间里，国内的ＲＢＷＯ研宄发展迅速。从事这方面研究的机构主??要有西北核技术研究所，中国工程物理研宄院应用电子学研究所和国防科技大学。西北??核技术研究所对ＲＢＷＯ的研究主要集中在三个方向：１）双模ＲＢＷＯ，模式转换反射腔??位于慢波结构前端
?Ｆ｜??图１．４非均匀慢波结构ＲＢＷＯ结构示意图??２０１３年，中国工程物理研宄院马乔生等人对低磁场Ｘ波段相对论返波管振荡器及??其永磁包装展开了理论和实验研宄［４３］［４４］。他们结合了分离腔振荡器、多波契伦柯夫振荡??器和过模返波管振荡器的优点，设计了一个具有非均匀慢波结构的返波管振荡器，结构??如图１．５所示。利用电压７５０ｋＶ，电流５．５ｋＡ的电子束驱动相对论返波管振荡器，当引??导磁场强度为０．４６?Ｔ时，得到功率１．２４?ＧＷ、频率９．１?ＧＨｚ的输出微波，同时开展了永??磁包装相对论返波管实验，当电子束电压和电流分别为７９０?ｋＶ和５．２?ｋＡ时，在平均磁??场强度０．４６Ｔ的小型永磁体上获得了功率９４０?ＭＷ，频率９．０８?ＧＨｚ的单次微波脉冲输出。??该磁体总长度为４８?ｃｍ，外半径为１５?ｃｍ，总重量约为１１６?ｋｇ。以重复频率２０Ｈｚ进行时??长１?ｓ的实验
【参考文献】：
期刊论文
[1]过模返波管的正反馈机制[J]. 李正红,谢鸿全. 物理学报. 2019(05)
[2]Ka波段TM02模式低磁场相对论返波管初步实验研究[J]. 王东阳,滕雁,史彦超,李爽,吴平,邓昱群,杨德文,陈昌华. 强激光与粒子束. 2018(07)
[3]一种X波段过模高效率相对论返波管[J]. 史彦超,滕雁,陈昌华,肖仁珍,邓昱群,杨德文,王东阳,孙钧. 强激光与粒子束. 2018(07)
[4]基于超级电容储能方式的秒级磁场[J]. 杨晓亮,罗光耀,黄华,金晖,王朋,罗敏. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(06)
[5]X波段永磁包装相对论返波管研制[J]. 马乔生,张运俭,李正红,吴洋. 强激光与粒子束. 2017(02)
[6]0.3TKu波段返波管的低磁场特性研究[J]. 邵剑波,谢鸿全,李正红,马乔生. 电子学报. 2016(09)
[7]一种Ku波段高效率低磁场同轴相对论返波管[J]. 谭维兵,曹亦兵,宋玮,陈昌华,李小泽,张立刚,朱晓欣. 强激光与粒子束. 2016(09)
[8]阳极结构对过模返波振荡器长脉冲工作特性的影响[J]. 杨俊飞,黄启俊,李正红,李原,李志春. 强激光与粒子束. 2016(05)
[9]高功率微波辐射场远场测量方法[J]. 张黎军,陈昌华,滕雁,孙钧,宋志敏,张晓微,张治强. 强激光与粒子束. 2016(05)
[10]X波段低磁场相对论返波管振荡器实验研究[J]. 邵剑波,马乔生,谢鸿全,李正红. 微波学报. 2015(03)
博士论文
[1]相对论返波管相位牵引研究[D]. 邓昱群.清华大学 2017
[2]L波段频率可调同轴相对论返波振荡器研究[D]. 葛行军.国防科学技术大学 2010
[3]高效同轴相对论返波管研究[D]. 滕雁.清华大学 2010
[4]X波段相对论返波管振荡器研究[D]. 马乔生.中国工程物理研究院 2008
硕士论文
[1]强流相对论环形电子束的周期磁场引导技术研究[D]. 魏元璋.电子科技大学 2018
[2]X波段低磁场相对论返波管研究[D]. 邵剑波.西南科技大学 2015
[3]Ku波段低磁场过模慢波高功率微波发生器研究[D]. 李川.国防科学技术大学 2010
本文编号：2911184
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