S波段低磁場相對論返波管振蕩器研究
發(fā)布時間：2020-12-11 20:37
相對論返波管振蕩器(relativistic backward wave oscillator,RBWO)因具有高功率、高效率等優(yōu)點,是當前最具潛力的高功率微波(high power microwave,HPM)器件之一。然而RBWO要求的引導磁場強度較高,這一缺點極大地阻礙了以RBWO為微波源的HPM系統(tǒng)的小型化和實用化。為了降低器件所需的引導磁場強度,本論文對S波段低磁場RBWO進行了理論分析、粒子模擬和實驗研究,并對該RBWO的配套小型磁場開展了研究。論文首先對相對論返波管振蕩器的回旋共振吸收效應(yīng)進行了理論分析,從回旋共振同步條件推導出發(fā)生電子回旋共振吸收的引導磁場強度。隨后通過器件中電子分布函數(shù)及其微擾項所滿足的方程出發(fā),推導出相對論返波管振蕩器中輸出微波功率隨引導磁場強度的變化。在發(fā)生電子回旋共振吸收的引導磁場強度下,器件輸出微波功率為零,以此為分界,RBWO的工作區(qū)域被劃分為低磁場區(qū)和高磁場區(qū)。本論文所研究的RBWO工作在低磁場區(qū)域。其次,論文對低磁場條件下S波段RBWO進行了粒子模擬研究。在粒子模擬中增大電子束與器件內(nèi)壁間距,解決了低磁場強度下的電子束傳輸問題。通過設(shè)計特...
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．２相對論返波管振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖??
區(qū)?ｒ＾ｉ??圖１．２相對論返波管振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖??自ＲＢＷ０誕生以來，國內(nèi)外大量學者投身于ＲＢＷ０的理論研究、數(shù)值模擬和實驗??研宄，并在隨后四十多年的時間里推動了?ＲＢＷＯ技術(shù)的巨大進步。目前已經(jīng)可以通過??ｋＡ量級電流、ｋＶ量級電壓的強流相對論電子束驅(qū)動ＲＢＷＯ產(chǎn)生ＧＷ量級的輸出功率，??頻率從Ｌ波段延伸到毫米波，效率從２０％到接近５０％不等［１４＿２１］。??最近二十多年的時間里，國內(nèi)的ＲＢＷＯ研宄發(fā)展迅速。從事這方面研究的機構(gòu)主??要有西北核技術(shù)研究所，中國工程物理研宄院應(yīng)用電子學研究所和國防科技大學。西北??核技術(shù)研究所對ＲＢＷＯ的研究主要集中在三個方向：１）雙模ＲＢＷＯ，模式轉(zhuǎn)換反射腔??位于慢波結(jié)構(gòu)前端
?Ｆ｜??圖１．４非均勻慢波結(jié)構(gòu)ＲＢＷＯ結(jié)構(gòu)示意圖??２０１３年，中國工程物理研宄院馬喬生等人對低磁場Ｘ波段相對論返波管振蕩器及??其永磁包裝展開了理論和實驗研宄［４３］［４４］。他們結(jié)合了分離腔振蕩器、多波契倫柯夫振蕩??器和過模返波管振蕩器的優(yōu)點，設(shè)計了一個具有非均勻慢波結(jié)構(gòu)的返波管振蕩器，結(jié)構(gòu)??如圖１．５所示。利用電壓７５０ｋＶ，電流５．５ｋＡ的電子束驅(qū)動相對論返波管振蕩器，當引??導磁場強度為０．４６?Ｔ時，得到功率１．２４?ＧＷ、頻率９．１?ＧＨｚ的輸出微波，同時開展了永??磁包裝相對論返波管實驗，當電子束電壓和電流分別為７９０?ｋＶ和５．２?ｋＡ時，在平均磁??場強度０．４６Ｔ的小型永磁體上獲得了功率９４０?ＭＷ，頻率９．０８?ＧＨｚ的單次微波脈沖輸出。??該磁體總長度為４８?ｃｍ，外半徑為１５?ｃｍ，總重量約為１１６?ｋｇ。以重復頻率２０Ｈｚ進行時??長１?ｓ的實驗
【參考文獻】：
期刊論文
[1]過模返波管的正反饋機制[J]. 李正紅,謝鴻全. 物理學報. 2019(05)
[2]Ka波段TM02模式低磁場相對論返波管初步實驗研究[J]. 王東陽,滕雁,史彥超,李爽,吳平,鄧昱群,楊德文,陳昌華. 強激光與粒子束. 2018(07)
[3]一種X波段過模高效率相對論返波管[J]. 史彥超,滕雁,陳昌華,肖仁珍,鄧昱群,楊德文,王東陽,孫鈞. 強激光與粒子束. 2018(07)
[4]基于超級電容儲能方式的秒級磁場[J]. 楊曉亮,羅光耀,黃華,金暉,王朋,羅敏. 太赫茲科學與電子信息學報. 2017(06)
[5]X波段永磁包裝相對論返波管研制[J]. 馬喬生,張運儉,李正紅,吳洋. 強激光與粒子束. 2017(02)
[6]0.3TKu波段返波管的低磁場特性研究[J]. 邵劍波,謝鴻全,李正紅,馬喬生. 電子學報. 2016(09)
[7]一種Ku波段高效率低磁場同軸相對論返波管[J]. 譚維兵,曹亦兵,宋瑋,陳昌華,李小澤,張立剛,朱曉欣. 強激光與粒子束. 2016(09)
[8]陽極結(jié)構(gòu)對過模返波振蕩器長脈沖工作特性的影響[J]. 楊俊飛,黃啟俊,李正紅,李原,李志春. 強激光與粒子束. 2016(05)
[9]高功率微波輻射場遠場測量方法[J]. 張黎軍,陳昌華,滕雁,孫鈞,宋志敏,張曉微,張治強. 強激光與粒子束. 2016(05)
[10]X波段低磁場相對論返波管振蕩器實驗研究[J]. 邵劍波,馬喬生,謝鴻全,李正紅. 微波學報. 2015(03)
博士論文
[1]相對論返波管相位牽引研究[D]. 鄧昱群.清華大學 2017
[2]L波段頻率可調(diào)同軸相對論返波振蕩器研究[D]. 葛行軍.國防科學技術(shù)大學 2010
[3]高效同軸相對論返波管研究[D]. 滕雁.清華大學 2010
[4]X波段相對論返波管振蕩器研究[D]. 馬喬生.中國工程物理研究院 2008
碩士論文
[1]強流相對論環(huán)形電子束的周期磁場引導技術(shù)研究[D]. 魏元璋.電子科技大學 2018
[2]X波段低磁場相對論返波管研究[D]. 邵劍波.西南科技大學 2015
[3]Ku波段低磁場過模慢波高功率微波發(fā)生器研究[D]. 李川.國防科學技術(shù)大學 2010
本文編號：2911184
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．２相對論返波管振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖??
區(qū)?ｒ＾ｉ??圖１．２相對論返波管振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖??自ＲＢＷ０誕生以來，國內(nèi)外大量學者投身于ＲＢＷ０的理論研究、數(shù)值模擬和實驗??研宄，并在隨后四十多年的時間里推動了?ＲＢＷＯ技術(shù)的巨大進步。目前已經(jīng)可以通過??ｋＡ量級電流、ｋＶ量級電壓的強流相對論電子束驅(qū)動ＲＢＷＯ產(chǎn)生ＧＷ量級的輸出功率，??頻率從Ｌ波段延伸到毫米波，效率從２０％到接近５０％不等［１４＿２１］。??最近二十多年的時間里，國內(nèi)的ＲＢＷＯ研宄發(fā)展迅速。從事這方面研究的機構(gòu)主??要有西北核技術(shù)研究所，中國工程物理研宄院應(yīng)用電子學研究所和國防科技大學。西北??核技術(shù)研究所對ＲＢＷＯ的研究主要集中在三個方向：１）雙模ＲＢＷＯ，模式轉(zhuǎn)換反射腔??位于慢波結(jié)構(gòu)前端
?Ｆ｜??圖１．４非均勻慢波結(jié)構(gòu)ＲＢＷＯ結(jié)構(gòu)示意圖??２０１３年，中國工程物理研宄院馬喬生等人對低磁場Ｘ波段相對論返波管振蕩器及??其永磁包裝展開了理論和實驗研宄［４３］［４４］。他們結(jié)合了分離腔振蕩器、多波契倫柯夫振蕩??器和過模返波管振蕩器的優(yōu)點，設(shè)計了一個具有非均勻慢波結(jié)構(gòu)的返波管振蕩器，結(jié)構(gòu)??如圖１．５所示。利用電壓７５０ｋＶ，電流５．５ｋＡ的電子束驅(qū)動相對論返波管振蕩器，當引??導磁場強度為０．４６?Ｔ時，得到功率１．２４?ＧＷ、頻率９．１?ＧＨｚ的輸出微波，同時開展了永??磁包裝相對論返波管實驗，當電子束電壓和電流分別為７９０?ｋＶ和５．２?ｋＡ時，在平均磁??場強度０．４６Ｔ的小型永磁體上獲得了功率９４０?ＭＷ，頻率９．０８?ＧＨｚ的單次微波脈沖輸出。??該磁體總長度為４８?ｃｍ，外半徑為１５?ｃｍ，總重量約為１１６?ｋｇ。以重復頻率２０Ｈｚ進行時??長１?ｓ的實驗
【參考文獻】：
期刊論文
[1]過模返波管的正反饋機制[J]. 李正紅,謝鴻全. 物理學報. 2019(05)
[2]Ka波段TM02模式低磁場相對論返波管初步實驗研究[J]. 王東陽,滕雁,史彥超,李爽,吳平,鄧昱群,楊德文,陳昌華. 強激光與粒子束. 2018(07)
[3]一種X波段過模高效率相對論返波管[J]. 史彥超,滕雁,陳昌華,肖仁珍,鄧昱群,楊德文,王東陽,孫鈞. 強激光與粒子束. 2018(07)
[4]基于超級電容儲能方式的秒級磁場[J]. 楊曉亮,羅光耀,黃華,金暉,王朋,羅敏. 太赫茲科學與電子信息學報. 2017(06)
[5]X波段永磁包裝相對論返波管研制[J]. 馬喬生,張運儉,李正紅,吳洋. 強激光與粒子束. 2017(02)
[6]0.3TKu波段返波管的低磁場特性研究[J]. 邵劍波,謝鴻全,李正紅,馬喬生. 電子學報. 2016(09)
[7]一種Ku波段高效率低磁場同軸相對論返波管[J]. 譚維兵,曹亦兵,宋瑋,陳昌華,李小澤,張立剛,朱曉欣. 強激光與粒子束. 2016(09)
[8]陽極結(jié)構(gòu)對過模返波振蕩器長脈沖工作特性的影響[J]. 楊俊飛,黃啟俊,李正紅,李原,李志春. 強激光與粒子束. 2016(05)
[9]高功率微波輻射場遠場測量方法[J]. 張黎軍,陳昌華,滕雁,孫鈞,宋志敏,張曉微,張治強. 強激光與粒子束. 2016(05)
[10]X波段低磁場相對論返波管振蕩器實驗研究[J]. 邵劍波,馬喬生,謝鴻全,李正紅. 微波學報. 2015(03)
博士論文
[1]相對論返波管相位牽引研究[D]. 鄧昱群.清華大學 2017
[2]L波段頻率可調(diào)同軸相對論返波振蕩器研究[D]. 葛行軍.國防科學技術(shù)大學 2010
[3]高效同軸相對論返波管研究[D]. 滕雁.清華大學 2010
[4]X波段相對論返波管振蕩器研究[D]. 馬喬生.中國工程物理研究院 2008
碩士論文
[1]強流相對論環(huán)形電子束的周期磁場引導技術(shù)研究[D]. 魏元璋.電子科技大學 2018
[2]X波段低磁場相對論返波管研究[D]. 邵劍波.西南科技大學 2015
[3]Ku波段低磁場過模慢波高功率微波發(fā)生器研究[D]. 李川.國防科學技術(shù)大學 2010
本文編號：2911184
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