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一维带状注行波管注波互作用快速计算程序 被引量:3
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作者 刘英洲 张长青 +1 位作者 潘攀 冯进军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期14-21,共8页
计算行波管注波互作用特性是工程中设计整管的重要环节。基于精密网格划分求解麦克斯韦方程组的粒子模拟方法消耗计算机内存大,运行时间长,研制行波管的效率低。文中以带状电子注行波管为例,推导了适用于矩形电子盘的空间电荷场理论,结... 计算行波管注波互作用特性是工程中设计整管的重要环节。基于精密网格划分求解麦克斯韦方程组的粒子模拟方法消耗计算机内存大,运行时间长,研制行波管的效率低。文中以带状电子注行波管为例,推导了适用于矩形电子盘的空间电荷场理论,结合电子运动方程与激励电场方程,建立了带状注行波管一维注波互作用频域理论。通过开发程序求解注波互作用方程组,能够快速得到运行结果。该理论忽略了电子的横向运动,并且简化近似了注波互作用体系,从而实现准确、快速运算的目的。文中以三维全波电磁仿真软件的运行结果和G波段行波管实验结果验证了快速计算程序的高效性与可靠性。 展开更多
关键词 注波互作用 带状电子 空间电荷场 快速计算程序
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W波段带状注速调管电子光学及注波互作用系统 被引量:3
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作者 阮存军 王树忠 +2 位作者 韩莹 张小锋 陈姝媛 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期510-516,522,共8页
通过冷流模型理论对均匀场聚焦带状电子注的传输进行了研究,结果表明,通过增强聚焦磁场并提高电子注填充高度因子,可以有效降低Diocotron不稳定性并实现长距离的稳定传输.结合理论研究,对均匀场聚焦带状注电子光学系统进行了三维仿真设... 通过冷流模型理论对均匀场聚焦带状电子注的传输进行了研究,结果表明,通过增强聚焦磁场并提高电子注填充高度因子,可以有效降低Diocotron不稳定性并实现长距离的稳定传输.结合理论研究,对均匀场聚焦带状注电子光学系统进行了三维仿真设计与优化,利用自主开发的二维非线性注波互作用程序SBK2D,对W波段带状注速调管进行了初步分析,结果为输出峰值功率69 kW、效率24%、增益37dB、3dB带宽100 MHz.研制出的具有高机械对准精度的带状注速调管电子束管,带状注截面10 mm×0.5 mm,且在电子注电压20~82 kV,电流0.50~4.27A,长度100 mm的漂移通道内电子注传输直流通过率达到98%以上,高于之前在90 mm漂移通道内获得的95%的实验结果. 展开更多
关键词 带状电子 速调管 Diocotron不稳定性 注波互作用 SBK2D 直流通过率
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基于速调管2.5维粒子模型的非线性注波互作用的研究 被引量:3
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作者 高冬平 丁耀根 +2 位作者 刘濮鲲 杜朝海 赵鼎 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第10期2490-2495,共6页
该文采用恰当的近似提出了速调管专用的2.5D粒子模型,并基于该模型研究速调管中复杂的非线性注波互作用过程。该模型采用粒子模拟的思想将电荷和电流恰当地分配到空间网格上,采用时域有限差分方法(FDTD)求解麦克斯韦方程组以精确解出电... 该文采用恰当的近似提出了速调管专用的2.5D粒子模型,并基于该模型研究速调管中复杂的非线性注波互作用过程。该模型采用粒子模拟的思想将电荷和电流恰当地分配到空间网格上,采用时域有限差分方法(FDTD)求解麦克斯韦方程组以精确解出电子注的空间电荷场,采用端口近似方法模拟高频谐振腔场对电子注的影响,最后基于洛伦兹力方程求解电磁场对粒子的推动作用。该模型首次将FDTD和端口近似方法结合起来,能够比传统的1维非线性模型更加精确地模拟互作用的物理过程,同时又比全3维模拟方法节约计算资源。基于该物理模型编制了国内首个速调管2.5D粒子模拟程序KLY2D,并仿真了一支S波段50MW高峰值功率速调管。理论计算与实验结果一致,说明了物理模型和程序的可靠性,这对推动高功率速调管的设计和发展具有重要的推动作用。 展开更多
关键词 速调管 时域有限差分 粒子模拟 非线性注波互作用
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W波段带状注扩展互作用速调管注波互作用系统 被引量:3
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作者 陈姝媛 阮存军 +3 位作者 王勇 张长青 钟勇 赵鼎 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期230-235,共6页
对W波段带状注五间隙耦合腔的高频结构进行了设计与分析,以一个五间隙耦合腔作为输入腔,一个五间隙耦合腔作为输出腔,构成了W波段SBEIK的注波互作用系统,利用CST粒子工作室对整个注波互作用系统进行了三维计算模拟,并用Magic 3D对注波... 对W波段带状注五间隙耦合腔的高频结构进行了设计与分析,以一个五间隙耦合腔作为输入腔,一个五间隙耦合腔作为输出腔,构成了W波段SBEIK的注波互作用系统,利用CST粒子工作室对整个注波互作用系统进行了三维计算模拟,并用Magic 3D对注波互作用计算进行了验证,结果表明两种PIC软件的计算结果基本一致.该SBEIK在电子注电压为75 k V、电流为4 A条件下,仅用两个腔体在W波段实现了高于24 d B的增益,为下一步高增益、高效率、小型化、紧凑型SBEIK的设计奠定了坚实的基础. 展开更多
关键词 带状 扩展作用速调管 注波互作用 W
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W波段带状注速调管注波互作用系统的研究 被引量:3
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作者 阮望 王勇 +4 位作者 丁耀根 阮存军 赵鼎 张小峰 韩慧鹏 《微波学报》 CSCD 北大核心 2010年第S1期459-463,共5页
带状注速调管是采用宽高比值很大的薄矩形注来降低空间电荷效应,采用特殊的高频结构来增加功率容量,从而使注波互作用效率得到提高的一种新型微波电真空器件。本文基于PIC粒子模拟软件,建立了专门用于计算带状注速调管注波互作用过程的... 带状注速调管是采用宽高比值很大的薄矩形注来降低空间电荷效应,采用特殊的高频结构来增加功率容量,从而使注波互作用效率得到提高的一种新型微波电真空器件。本文基于PIC粒子模拟软件,建立了专门用于计算带状注速调管注波互作用过程的三维设计平台,并应用该平台完成了W波段带状注速调管注波互作用系统的初步设计,获得了清晰的物理图像和具有参考意义的模拟设计结果。模拟结果表明,在电子注电压为140kV,电流为15A时,该速调管可以获得大于573kW的输出功率、27.8dB的增益和大于27.3%的效率。 展开更多
关键词 W 带状速调管 PIC模拟 注波互作用
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回旋速调管注波互作用理论的发展及评述 被引量:2
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作者 朱小芳 马俊建 +4 位作者 金晓林 胡玉禄 李建清 杨中海 李斌 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期431-438,共8页
回旋速调管是一类具有重要应用前景的高功率、高效率和高增益相干毫米波源。本文简要介绍了回旋速调管的结构和工作原理,重点评述了回旋速调管注波互作用理论的发展状况和趋势,指出了发展中存在的一些问题,并提出了自己的建议,希望能对... 回旋速调管是一类具有重要应用前景的高功率、高效率和高增益相干毫米波源。本文简要介绍了回旋速调管的结构和工作原理,重点评述了回旋速调管注波互作用理论的发展状况和趋势,指出了发展中存在的一些问题,并提出了自己的建议,希望能对中国回旋速调管的发展起到一定的推动作用。 展开更多
关键词 回旋速调管 注波互作用 线性理论 非线性理论 粒子模拟
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多间隙耦合腔注波互作用计算分析 被引量:3
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作者 黄传禄 丁耀根 +1 位作者 王勇 谢兴娟 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期605-610,共6页
根据空间电荷波理论,利用微波等效传输线的概念,建立了多间隙耦合腔中注波互作用的小信号计算模型。同时,还基于电子圆盘模型,建立了相应的一维大信号计算模型。依据模型编写了计算机程序进行了计算模拟,结果显示,小信号模型能较好地反... 根据空间电荷波理论,利用微波等效传输线的概念,建立了多间隙耦合腔中注波互作用的小信号计算模型。同时,还基于电子圆盘模型,建立了相应的一维大信号计算模型。依据模型编写了计算机程序进行了计算模拟,结果显示,小信号模型能较好地反映整管的增益频率特性。一维大信号模型能合理地模拟注波互作用的基本物理过程。另外利用电路反馈的理论,分析了多间隙耦合腔的稳定性,并利用奈奎斯特稳定判据给出了耦合腔稳定条件。 展开更多
关键词 多间隙耦合腔 注波互作用 空间电荷理论 一维圆盘模型 稳定性分析
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基于圆环模型的速调管2.5维注波互作用程序(英文) 被引量:3
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作者 赵鼎 丁耀根 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期661-666,共6页
在高导流系数的宽带速调管中,电子束径向及横向速度都会发生显著变化,运动电子与间隙电场之间的能量交换是非线性的互作用过程。为了能全面描述这些现象,基于圆环模型导出了相应的理论公式,并据此编写了用于速调管注波互作用分析的2.5... 在高导流系数的宽带速调管中,电子束径向及横向速度都会发生显著变化,运动电子与间隙电场之间的能量交换是非线性的互作用过程。为了能全面描述这些现象,基于圆环模型导出了相应的理论公式,并据此编写了用于速调管注波互作用分析的2.5维程序LSP。随后使用该程序针对一个实际的S波段宽带速调管做了详细计算,与1维程序相比,LSP的计算结果与实测值具有更好的一致性。 展开更多
关键词 2.5维程序 圆环模型 速调管 注波互作用
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耦合腔行波管大信号注波互作用研究与设计 被引量:1
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作者 李文君 许州 +4 位作者 林郁正 金晓 黎明 杨兴繁 周霖 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第7期1769-1771,共3页
行波管中注波互作用的特点是电子的速度调制、群聚及其与高频场的能量转换等过程沿整个慢波结构连续且同时进行,这是行波管可以在很宽频带内得到大输出功率的原因。在研究冷腔特性的基础上,使用三维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行... 行波管中注波互作用的特点是电子的速度调制、群聚及其与高频场的能量转换等过程沿整个慢波结构连续且同时进行,这是行波管可以在很宽频带内得到大输出功率的原因。在研究冷腔特性的基础上,使用三维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用过程,完成了X波段连续波行波管的设计。设计参数:工作频率7.1–8.5GHz,带宽18%,最大输出功率3kW。 展开更多
关键词 耦合腔行 大信号注波互作用 PIC粒子模拟 X 连续 冷腔特性
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行波管多信号非线性注波互作用的网络并行计算 被引量:1
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作者 李建清 莫元龙 +1 位作者 张勇 周晓岚 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期583-586,共4页
把网络并行计算技术应用于微波管的研究领域 ,提出了用于计算 2 .5维行波管多信号非线性注波互作用的基于 TCP/ IP协议的网络并行计算模型 ,编写了模拟行波管多信号非线性注波互作用过程的网络并行计算程序 ,其可在工作站和微机组成的... 把网络并行计算技术应用于微波管的研究领域 ,提出了用于计算 2 .5维行波管多信号非线性注波互作用的基于 TCP/ IP协议的网络并行计算模型 ,编写了模拟行波管多信号非线性注波互作用过程的网络并行计算程序 ,其可在工作站和微机组成的计算机网络环境中实现并行计算。计算结果表明 ,该网络并行算法能够有效地减少行波管多信号非线性注波互作用的计算时间 ,提高工作效率。 展开更多
关键词 多信号非线性注波互作用 TCP/IP协议 网络并行计算 主从计算模式
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波纹波导加载等离子体后注波互作用的线性理论 被引量:1
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作者 陈希 谢文楷 刘盛纲 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第9期142-144,共3页
本文综合考虑了系统存在的离子通道和电子束传输的脉动性能 ,导得了小信号下等离子体加载波纹波导的色散方程 ,并具体讨论了高频系统的色散特性 ,研究了电磁波增长率与等离子体密度间的关系 .由于考虑了电子束注入后系统的变化 。
关键词 注波互作用 等离子体
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X波段50MW高功率速调管注波互作用系统的研究 被引量:1
12
作者 赵鼎 张长青 阮存军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2012年第S2期404-407,共4页
高功率X波段速调管必须依靠高性能的注波互作用段来实现,互作用段的作用是使入射的连续电子注逐步转化为分离的群聚块,之后在通过输出腔的过程中,间隙电场使群聚块减速将电子的动能转化为微波能量向外输出。速调管的注波互作用段由一组... 高功率X波段速调管必须依靠高性能的注波互作用段来实现,互作用段的作用是使入射的连续电子注逐步转化为分离的群聚块,之后在通过输出腔的过程中,间隙电场使群聚块减速将电子的动能转化为微波能量向外输出。速调管的注波互作用段由一组性能参数各不相同的谐振腔组成,各腔的谐振频率、品质因数、特性阻抗以及沿轴线的分布位置等均对整管的效率、增益和输出功率有直接的影响。我们首先使用基于圆环模型的2.5维注波互作用程序通过反复优化找到了一组基本参数,随后在CST中建立了三维仿真模型对该结构进行了验算,实际计算表明在电子注电压和电流分别为440kV和350A时,速调管的输出功率大于50MW,所得结果满足设计要求。 展开更多
关键词 X 高功率 速调管 注波互作用
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W波段带状注速调管注波互作用系统的研究
13
作者 阮存军 王树忠 +3 位作者 张长青 杨修东 赵鼎 陈姝媛 《微波学报》 CSCD 北大核心 2012年第S2期249-251,共3页
建立了带状注速调管的二维窄带宏粒子模型,自主开发出了二维非线性注波互作用程序SBK2D,对具有八个多间隙腔体的W波段带状注速调管注波互作用进行了初步分析,获得了输出峰值功率53kW、效率20%、增益38dB的结果。将计算结果与三维PIC软... 建立了带状注速调管的二维窄带宏粒子模型,自主开发出了二维非线性注波互作用程序SBK2D,对具有八个多间隙腔体的W波段带状注速调管注波互作用进行了初步分析,获得了输出峰值功率53kW、效率20%、增益38dB的结果。将计算结果与三维PIC软件仿真设计结果进行了比较,验证了SBK2D程序的有效性。 展开更多
关键词 带状速调管 注波互作用 SBK2D 三维PIC软件
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螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用非线性理论
14
作者 薛智浩 刘濮鲲 杜朝海 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期1513-1514,共2页
螺旋波纹波导回旋行波管与采用光滑圆波导的回旋管相比,有较大的带宽。介绍了该类回旋行波管的非线性注波互作用理论。计算结果表明该理论计算结果与实际实验报道的结果基本符合,相应的电子效率达到29%,饱和增益达到37dB,工作磁场0.21T... 螺旋波纹波导回旋行波管与采用光滑圆波导的回旋管相比,有较大的带宽。介绍了该类回旋行波管的非线性注波互作用理论。计算结果表明该理论计算结果与实际实验报道的结果基本符合,相应的电子效率达到29%,饱和增益达到37dB,工作磁场0.21T,电压185kV,电流19A。 展开更多
关键词 螺旋 回旋行 注波互作用
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螺旋线行波管慢波结构设计及注波互作用模拟 被引量:7
15
作者 姚若妍 唐涛 +2 位作者 赵国庆 黄民智 宫玉彬 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期139-143,共5页
通过模拟计算,分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响,优化慢波结构,初步设计了Ku波段螺旋线行波管慢波结构.模拟行波管输入输出结构,得到输入端反射系数小于-19 dB,电压驻波比小于1.24.电子聚焦系统采用周期永磁聚焦,磁场周... 通过模拟计算,分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响,优化慢波结构,初步设计了Ku波段螺旋线行波管慢波结构.模拟行波管输入输出结构,得到输入端反射系数小于-19 dB,电压驻波比小于1.24.电子聚焦系统采用周期永磁聚焦,磁场周期为8.5 mm,计算得到磁场峰值为0.17T.为提高注波互作用效率,采用具有动态速度渐变特性的慢波结构,使得电子注与高频场有足够的互作用时间,从而保证电子不断地将能量交给高频场.运用三维PIC粒子模拟软件分析行波管的注波互作用,得到在12.5~16 GHz频率范围内输出功率大于88.7W,电子效率大于14.8%,增益大于34.6 dB. 展开更多
关键词 高频特性 注波互作用 周期永磁聚焦 KU
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双电子注高次模折叠波导慢波结构注波互作用仿真分析 被引量:1
16
作者 高鹏鹏 刘文鑫 张兆传 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期465-471,共7页
提出了一种工作于220 GHz的双电子注高次模折叠波导慢波结构,该结构由四段慢波线组成,各段之间通过衰减器进行连接。文章首先计算了该结构的色散特性,其次利用CST模拟软件对其注波互作用特性进行了仿真分析:该结构工作模输出信号稳定,... 提出了一种工作于220 GHz的双电子注高次模折叠波导慢波结构,该结构由四段慢波线组成,各段之间通过衰减器进行连接。文章首先计算了该结构的色散特性,其次利用CST模拟软件对其注波互作用特性进行了仿真分析:该结构工作模输出信号稳定,增益为33.1 d B。最后讨论了在电子注直流发射模型中,能量离散、角度离散、电子注电压差异三个仿真参量改变时,输出信号增益随参量的变化关系。通过对参量变化的分析,希望为器件的制造提供参考。 展开更多
关键词 双电子 折叠 注波互作用 衰减器
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同轴交错双栅行波管三维频域非线性注波互作用计算和比较 被引量:1
17
作者 樊宇 罗积润 +3 位作者 刘雅琳 朱方 谢文球 唐彦娜 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期472-478,共7页
建立了同轴交错双栅行波管三维频域非线性注波互作用模型和公式。通过利用仿真软件求解渐变衰减材料对波的衰减特性,并与本文模型和公式结合编入非线性计算程序,使程序中对渐变/跳变衰减对注波互作用影响有更准确的求解。在小结构横截... 建立了同轴交错双栅行波管三维频域非线性注波互作用模型和公式。通过利用仿真软件求解渐变衰减材料对波的衰减特性,并与本文模型和公式结合编入非线性计算程序,使程序中对渐变/跳变衰减对注波互作用影响有更准确的求解。在小结构横截面保证商业软件计算容量允许条件下,比较了本文程序与仿真软件计算的注波互作用结果,并在相对大尺寸下设计了Ka波段同轴交错双栅行波管,以证实模型的合理性和在高频率产生高功率的可能性。 展开更多
关键词 注波互作用 同轴交错双栅 结构
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行波管一维非线性单频注波互作用理论与计算机模拟 被引量:1
18
作者 邓壮 许睿 黄震 《重庆工学院学报》 2007年第15期54-58,共5页
用场论的方法建立场方程,用圆盘模型等效电子注建立了运动方程和相位方程,并对此非线性注波互作用工作方程组进行了计算机模拟和数值计算,求出了某特定行波管的输出功率和增益值,最后验证了方程的正确性.
关键词 注波互作用 非线性 大信号
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一种复合腔回旋管注波互作用的数值模拟和分析
19
作者 汪菲 罗积润 焦重庆 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第8期2014-2018,共5页
该文基于电磁粒子模拟技术,对一种Ka波段基波渐变复合腔回旋管振荡器的注波互作用过程进行了详细的模拟计算,分析了腔体几何参数、电子注半径、工作电流及工作磁场变化对互作用效率的影响,讨论了工作模式的稳定性。模拟结果表明,适当选... 该文基于电磁粒子模拟技术,对一种Ka波段基波渐变复合腔回旋管振荡器的注波互作用过程进行了详细的模拟计算,分析了腔体几何参数、电子注半径、工作电流及工作磁场变化对互作用效率的影响,讨论了工作模式的稳定性。模拟结果表明,适当选择上述参数,在70kV,17A及速度比1.5的电子注推动下,平均功率可达716kW,互作用效率大于60%,且工作稳定。 展开更多
关键词 回旋管振荡器 复合腔 注波互作用 数值模拟
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基于电子注嵌入光栅的0.55 THz返波振荡器的结构设计与注波互作用的分析
20
作者 叶青青 刘文鑫 张连正 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期53-57,共5页
根据矩形栅慢波结构的色散公式初步确定各结构参数,并分析了各结构参数的变化对色散曲线的影响,用CST微波工作室仿真,计算并对比分析嵌入与未嵌入圆形电子注的高频特性的变化趋势,得出前者对应的色散曲线和耦合阻抗曲线要大于后者的结... 根据矩形栅慢波结构的色散公式初步确定各结构参数,并分析了各结构参数的变化对色散曲线的影响,用CST微波工作室仿真,计算并对比分析嵌入与未嵌入圆形电子注的高频特性的变化趋势,得出前者对应的色散曲线和耦合阻抗曲线要大于后者的结论。利用CST粒子工作室进行注波互作用模拟,权衡起振时间和输出功率关系,确定整管的仿真长度。研究了电子注嵌入深度、填充比、电流大小对输出功率的影响,优化结构参数,最终得到14. 6 W的稳定输出功率,与Magic计算出的结果相吻合。 展开更多
关键词 注波互作用 电子 矩形栅
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