基于相位再同步技术的W波段高效率分布作用振荡器的研究
发布时间：2021-07-10 16:12
对基于12个周期的交错双排矩形波导慢波结构（staggered double rectangular waveguide slow wave structure,简记为SDRWSWS）的单谐振腔94.5GHz分布作用振荡器（extended interaction oscillator,EIO）进行了计算机模拟,给出了通过计算机模拟确定谐振腔结构参数及电子注参数的方法和步骤。提出了"相位再同步"的高效率方法,将谐振腔中从电子注输入端数起的第5～6个周期的慢波结构的周期降低到原来的90%左右,改变了谐振腔中轴向电场强度的分布,使轴向电场强度在远离输出口一端相对降低,而在靠近输出口一端相对升高,有助于电子注的调制随着电子注的行进而加强;同时,使在靠近输出口一端的轴向电场强度的相位增大了51.6°,从而与电子注的空间电荷波的相位保持同步并从电子注提取更多能量。计算机模拟结果证实,采用该技术的分布作用振荡器的功率和电子效率都得到显著提高,改善最大的数值是原来的2倍以上。
【文章来源】：红外与毫米波学报. 2020,39(02)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图３电子注电压对均匀周期ＥＩＯ互作用的影响（ａ）基于１２??个均匀周期的ＳＤＲＷＳＷＳ的单谐振腔ＥＩＯ的ＰＩＣ计算模型，??（ｂ）在１９ｋＶ，３００ｍＡ的电子注下的归一化输出电压，（ｃ）在??１９ｋＶ，３００ｍＡ的电子注下的归一化输出电压信号的傅里叶??变换，（ｄ）电子注电?
ｄ?ｔｈｅ?ｆｉｔｎｅｓｓ?（ｉ）?（ａ）ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ??ｂｅｔｗｅｅｎ?Ｅｚｃａｎｄ?￡ｚｓ?（１）?ｗｉｔｈｉｎ?ｐｅｒｉｏｄｓ?１?￣?４，?（ｂ）ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｂｅ？??ｔｗｅｅｎ?Ｅｚｃａｎｄ?￡ｚｓ?（２）?ｗｉｔｈｉｎ?ｐｅｒｉｏｄｓ?５?￣?６，?（ｃ）ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｂｅ－??ｔｗｅｅｎ?＿Ｅｚｃａｎｄ?五ｚｓ?（３）?ｗｉｔｈｉｎ?ｐｅｒｉｏｄｓ７?￣?１２??－５００００??－１０００００??４?６??ｚ／ｍｍ??（ｂ）??１０??图６均匀周期谐振腔和非均匀周期谐振腔的＆及轴线上??的电场ｚ分量尽比较（ａ）?＼计算结果比较，（ｂ）轴线上的电场??ｚ分量尾的比较??Ｆｉｇ．?６?Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｖｅｎ?ｐｅｒｉｏｄ?ｃａｖｉｔｙ?ｃｏｍｐａｒｅｄ??ｗｉｔｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｎｅｖｅｎ?ｐｅｒｉｏｄ?ｃａｖｉｔｙ?（ａ）?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?５ｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｖｅｎ??ｐｅｒｉｏｄ?ｃａｖｉｔｙ?ｃｏｍｐａｒｅｄ?ｗｉｔｈ?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?５，，?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｎｅｖｅｎ?ｐｅｒｉ？??ｏｄ?ｃａｖｉｔｙ，?（ｂ）?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｒｅｓｕｌｔ?Ｅｚｃｏｆ?Ｅｚ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｖｅｎ?ｐｅｒｉｏｄ?ｃａｖｉ？??ｔｙ?ｃｏｍｐａｒｅｄ?ｗｉｔｈ?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｒｅｓｕｌｔ?Ｅｚｃ＿ｎｎｅｖｅｎ?ｏｆ?Ｅｚ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｕｎｅｖｅｎ??ｐｅｒｉｏｄ?ｃａｖｉｔｙ??表３非均匀周期谐振腔的＆的极小值频率的计算结果??Ｔａｂｌｅ?３?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?ｔｈｅ?
在大信号条件下，由于注波互作??用的幅相转换效獻，电子性中的塗间电荷波的相位??畸变增大＾因此，在均匀谐振腔中，在电乎注通过??第５周期后４电子注中的空间电荷波的相位畸变限??制了电乎注继续释放动能，ＥＭ呈现饱和状态，也就??限制了电子效率》而在非均匀周期谐振腔中，由于??第７?￣?１２周斯中的电场的相位増大５１．?６：。，因而与相??位发生畸变后的电子柱中的空间电荷波继续保持??相位同步，因此实现了更高的电子效率ｅ根据这种??分析，称这种离效率技术为“相位再同步”技术ｓ??图８所示是均匀周期ＥＩＯ和非均匀周期ＥＩＯ在??３００?ｍＡ，?１８．?７?ｋＶ的电子注下的输出功率随时间的??变化曲线＠由图可见，在４．?２?ｍ以前，非均匀周期??ＥＩＯ的功率比均匀周期ＥＩＯ的功率要低，说明在输??：出功率为饱和输出功率的－３?ｄＢ或更小的小樁号条??件下，前者的互作用效率比后者更低《因为这时电??乎注中的空间电荷波的相位并无畸变，因此与均匀??周期谐振腔中的电磁波具有更好的相位同步，但??在４．?２?ｎｓ以詹，非均匀周期ＥＩ〇的功率赶上均匀周??期ＥＩＯ的功率，并以更快的速率上升＊实现了功率的??大幅提高，说明非均匀周期ＥＩＯ对效率的提高是通??过改善ＥＩＯ的大信号性能实现的、与上文的分析??—致Ｊ８??图８?？均句周觀ＥＩＯ和均勾周期ＥＩＯ的功傘一时间曲建比??较??Ｆｉｇ．?８?Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｐｏｗｅｒ?ｖｓ?ｔｉｍｅ?ｏｆ?ｅｖｅｎ?ｐｅｒｉｏｄ?ＥＩＯ?ｃｏｍ？??ｐａｒｅｄ?ｗｉｔｈ?ｏｆ?ｕｎｅｖｅｎ?ｐｅｒｉｏｄ?ＥＩＯ?ｕｎｄｅｒ?ａ?３００?ｍＡ，?１８．?７?ｋＶ??ｂｅａｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]0.22THz高效率行波管的互作用计算[J]. 王自成,唐伯俊,谢文球,田宏,董芳. 强激光与粒子束. 2016(02)
[2]基于开槽单矩形栅和圆形电子注的W波段返波振荡器[J]. 谢文球,王自成,罗积润,刘青伦,董芳. 物理学报. 2013(15)
[3]基于场匹配法的双排矩形栅慢波结构高频特性研究[J]. 刘青伦,王自成,刘濮鲲,董芳. 物理学报. 2012(24)
[4]基于双排矩形梳状慢波结构的W波段宽频带行波管模拟研究[J]. 刘青伦,王自成,刘濮鲲. 物理学报. 2012(12)
[5]扩展互作用谐振腔的模拟分析[J]. 吴振华,张开春,刘盛纲. 强激光与粒子束. 2007(03)
本文编号：3276245
【文章来源】：红外与毫米波学报. 2020,39(02)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图３电子注电压对均匀周期ＥＩＯ互作用的影响（ａ）基于１２??个均匀周期的ＳＤＲＷＳＷＳ的单谐振腔ＥＩＯ的ＰＩＣ计算模型，??（ｂ）在１９ｋＶ，３００ｍＡ的电子注下的归一化输出电压，（ｃ）在??１９ｋＶ，３００ｍＡ的电子注下的归一化输出电压信号的傅里叶??变换，（ｄ）电子注电?
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在大信号条件下，由于注波互作??用的幅相转换效獻，电子性中的塗间电荷波的相位??畸变增大＾因此，在均匀谐振腔中，在电乎注通过??第５周期后４电子注中的空间电荷波的相位畸变限??制了电乎注继续释放动能，ＥＭ呈现饱和状态，也就??限制了电子效率》而在非均匀周期谐振腔中，由于??第７?￣?１２周斯中的电场的相位増大５１．?６：。，因而与相??位发生畸变后的电子柱中的空间电荷波继续保持??相位同步，因此实现了更高的电子效率ｅ根据这种??分析，称这种离效率技术为“相位再同步”技术ｓ??图８所示是均匀周期ＥＩＯ和非均匀周期ＥＩＯ在??３００?ｍＡ，?１８．?７?ｋＶ的电子注下的输出功率随时间的??变化曲线＠由图可见，在４．?２?ｍ以前，非均匀周期??ＥＩＯ的功率比均匀周期ＥＩＯ的功率要低，说明在输??：出功率为饱和输出功率的－３?ｄＢ或更小的小樁号条??件下，前者的互作用效率比后者更低《因为这时电??乎注中的空间电荷波的相位并无畸变，因此与均匀??周期谐振腔中的电磁波具有更好的相位同步，但??在４．?２?ｎｓ以詹，非均匀周期ＥＩ〇的功率赶上均匀周??期ＥＩＯ的功率，并以更快的速率上升＊实现了功率的??大幅提高，说明非均匀周期ＥＩＯ对效率的提高是通??过改善ＥＩＯ的大信号性能实现的、与上文的分析??—致Ｊ８??图８?？均句周觀ＥＩＯ和均勾周期ＥＩＯ的功傘一时间曲建比??较??Ｆｉｇ．?８?Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｐｏｗｅｒ?ｖｓ?ｔｉｍｅ?ｏｆ?ｅｖｅｎ?ｐｅｒｉｏｄ?ＥＩＯ?ｃｏｍ？??ｐａｒｅｄ?ｗｉｔｈ?ｏｆ?ｕｎｅｖｅｎ?ｐｅｒｉｏｄ?ＥＩＯ?ｕｎｄｅｒ?ａ?３００?ｍＡ，?１８．?７?ｋＶ??ｂｅａｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]0.22THz高效率行波管的互作用计算[J]. 王自成,唐伯俊,谢文球,田宏,董芳. 强激光与粒子束. 2016(02)
[2]基于开槽单矩形栅和圆形电子注的W波段返波振荡器[J]. 谢文球,王自成,罗积润,刘青伦,董芳. 物理学报. 2013(15)
[3]基于场匹配法的双排矩形栅慢波结构高频特性研究[J]. 刘青伦,王自成,刘濮鲲,董芳. 物理学报. 2012(24)
[4]基于双排矩形梳状慢波结构的W波段宽频带行波管模拟研究[J]. 刘青伦,王自成,刘濮鲲. 物理学报. 2012(12)
[5]扩展互作用谐振腔的模拟分析[J]. 吴振华,张开春,刘盛纲. 强激光与粒子束. 2007(03)
本文编号：3276245
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