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Q波段低磁场高效率相对论返波管的模拟仿真
1
作者 张潜 吴洋 李士锋 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第8期168-172,共5页
为了实现高功率微波源的小型化,提出了一种Q波段低磁场工作的高效率相对论返波管,其结构主要由谐振腔反射器与两段周期性慢波结构组成,慢波结构采用同轴结构,基于同轴结构特性可以选取合适的内径,提高功率容量的同时降低了器件尺寸小带... 为了实现高功率微波源的小型化,提出了一种Q波段低磁场工作的高效率相对论返波管,其结构主要由谐振腔反射器与两段周期性慢波结构组成,慢波结构采用同轴结构,基于同轴结构特性可以选取合适的内径,提高功率容量的同时降低了器件尺寸小带来的空间电荷效应。通过优化仿真,研究了不同的二极管电压、引导磁场对于微波输出功率的影响,同时通过调节阴阳极间距AK获得了最佳电子束阻抗。最终在引导磁场0.9 T、二极管电压为400 kV、束流3 kA的条件下,获得了470 MW的微波输出功率,效率约为39.1%,微波的中心频率为45 GHz。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 低磁场 高效率 同轴结构
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带双腔反射器的X波段低磁场过模相对论返波管振荡器 被引量：1
2
作者 左靖凡 李士锋 +3 位作者 吴洋 黄华 孙利民 宋法伦 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期59-64,共6页
提出了一种X波段过模低磁场高效率相对论返波管振荡器(RBWO),其主要结构包括一个双谐振腔反射器、一个周期性慢波结构和一个插入式同轴内导体模式选择器。该RBWO采用了过模结构,较大的过模比带来了更高的功率容量。慢波结构分为空心与... 提出了一种X波段过模低磁场高效率相对论返波管振荡器(RBWO),其主要结构包括一个双谐振腔反射器、一个周期性慢波结构和一个插入式同轴内导体模式选择器。该RBWO采用了过模结构,较大的过模比带来了更高的功率容量。慢波结构分为空心与同轴两部分,插入同轴避免了高阶模式的竞争,使两段慢波结构分别工作在TM_(02)和同轴TM_(01)模式下。同时,插入同轴还起着模式转换的功能,将TM_(02)转化为TM_(01),最终在输出波导中输出纯TM_(01)模式。双谐振腔反射器使慢波结构在过模条件下与二极管区域能够实现良好隔离,同时为电子束提供足够的预调制,实现在低磁场下较高的微波转化效率。利用粒子模拟仿真对器件进行优化设计,在二极管电压850 kV、束流11.74 kA、引导磁场0.63 T的条件下,获得了3.5 GW的微波输出功率,微波中心频率为9.46 GHz,转换效率约为35%。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管振荡器 过模 谐振腔反射器 模式选择
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引导磁场对相对论返波管微波功率的影响 被引量：19
3
作者 陈昌华 刘国治 +1 位作者 宋志敏 范菊平 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第6期745-748,共4页
对引导磁场大小对相对论返波管 (RBWO)微波功率的影响进行了理论和实验研究。利用 KARAT软件对 RBWO进行了全电磁 PIC数值模拟 ,发现当磁场降低时 ,TE模与 TM0 1模的竞争导致微波功率降低 ,同时模拟中观察到“电子回旋共振吸收”现象 ,... 对引导磁场大小对相对论返波管 (RBWO)微波功率的影响进行了理论和实验研究。利用 KARAT软件对 RBWO进行了全电磁 PIC数值模拟 ,发现当磁场降低时 ,TE模与 TM0 1模的竞争导致微波功率降低 ,同时模拟中观察到“电子回旋共振吸收”现象 ,它是由于电子束与慢波结构中 TM0 1 模的基波相互作用的结果 ;实验结果与数值模拟基本相符。 展开更多
关键词 相对论返波管 引导磁场 数值模拟 回旋共振吸收
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X波段相对论返波管谐振反射器 被引量：12
4
作者 宋玮 陈昌华 +5 位作者 孙钧 张立刚 杨猛 陈鹏 张晓微 胡咏梅 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期853-856,共4页
基于TPG2000强流电子束加速器和带谐振反射器的相对论返波管振荡器,开展了X波段高功率微波产生实验研究,获得了功率约2.5 GW,脉宽约20 ns的微波输出。理论分析及模拟了不同倒角大小对谐振反射器的表面电场及截止性能的影响,并对不同倒... 基于TPG2000强流电子束加速器和带谐振反射器的相对论返波管振荡器,开展了X波段高功率微波产生实验研究,获得了功率约2.5 GW,脉宽约20 ns的微波输出。理论分析及模拟了不同倒角大小对谐振反射器的表面电场及截止性能的影响,并对不同倒角开展了实验研究。结果表明,对谐振反射器倒角可增加输出微波脉冲宽度,且随着倒角增加,微波脉宽增加,效率略有降低。在谐振反射器倒角5 mm情况下,利用电压900 kV,电流9 kA的强流电子束,实验获得了功率约2.5 GW、脉宽大于25 ns的微波输出。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管振荡器 谐振反射器 脉冲缩短
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带有反射腔的相对论返波管的数值模拟 被引量：13
5
作者 范菊平 刘国治 +1 位作者 陈昌华 宋志敏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期103-106,共4页
阐述了带有反射腔的相对论返波管的数值模拟研究。利用线性理论 [1]设计了返波管的慢波结构 ,应用 SUPERFISH软件设计了谐振反射器。用 KARAT软件对谐振反射腔返波管进行了宏观粒子模拟 ,得到了优化的返波管结构参数 ,并研究了外加磁场... 阐述了带有反射腔的相对论返波管的数值模拟研究。利用线性理论 [1]设计了返波管的慢波结构 ,应用 SUPERFISH软件设计了谐振反射器。用 KARAT软件对谐振反射腔返波管进行了宏观粒子模拟 ,得到了优化的返波管结构参数 ,并研究了外加磁场对输出效率的影响。模拟结果表明 :谐振反射腔不仅起到截止颈的作用 ,还有预调制的作用 ;在低外加磁场条件下 ,该返波管也能输出较高功率的微波。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 谐振反射腔 慢波结构 粒子模拟
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速调型相对论返波管理论研究 被引量：8
6
作者 肖仁珍 滕雁 +2 位作者 宋志敏 陈昌华 孙钧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期747-751,共5页
对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明:器件工作模式为TM01模,近π点,耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小,这与电子束与慢波结... 对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明:器件工作模式为TM01模,近π点,耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小,这与电子束与慢波结构相距较大有关,因而器件从起振到饱和的时间较长。在束波相互作用理论中,全面考虑了电子束与慢波结构前向波基波、反向波-1次空间谐波及空间电荷场相互作用、谐振反射器对电子束进行的束流调制和能量调制作用,以及调制腔和提取腔处引入的耦合阻抗及轴向波数突变。稳态和非稳态计算结果均获得了超过40%的束波转换效率。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 切伦柯夫辐射 渡越辐射 束波相互作用
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3cm相对论返波荡器的粒子模拟研究 被引量：6
7
作者 文光俊 李家胤 +2 位作者 谢甫珍 熊祥正 刘盛纲 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第4期621-626,共6页
运用全电磁的相对论的２．５维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟分析了３ｃｍ相对论返波管中注－波互作用的非线性过程，得到了器件微波输出功率，效率，工作频率等参量，模拟结果与实验数据较好地一致。对电子注特性参数，慢波结构尺寸，引... 运用全电磁的相对论的２．５维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟分析了３ｃｍ相对论返波管中注－波互作用的非线性过程，得到了器件微波输出功率，效率，工作频率等参量，模拟结果与实验数据较好地一致。对电子注特性参数，慢波结构尺寸，引导磁场进行了优化，获得了器件最佳化运行的工作参数。 展开更多
关键词 相对论返波管 高功率 微波 粒子模拟 振荡器
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带有反射腔的相对论返波管初步实验研究 被引量：8
8
作者 范菊平 刘国治 +2 位作者 陈昌华 胡咏梅 王宏军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期349-352,共4页
阐述了带有反射腔的相对论返波管的初步实验研究进展。反射腔是一段不规则的圆波导 ,在相对论返波管中起到截止颈的作用。初步实验的结果为 :外加磁场 Bz=0 .7T时 ,输出微波功率为 1 70 MW,微波频率 8.874 GHz,脉宽为 1 0 ns;外加磁场 B... 阐述了带有反射腔的相对论返波管的初步实验研究进展。反射腔是一段不规则的圆波导 ,在相对论返波管中起到截止颈的作用。初步实验的结果为 :外加磁场 Bz=0 .7T时 ,输出微波功率为 1 70 MW,微波频率 8.874 GHz,脉宽为 1 0 ns;外加磁场 Bz=1 .7T时 ,微波功率为 370 MW,频率与脉宽不变 ;根据辐射场功率密度分布判定传输模式为 TM0 1 模。结果表明 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 谐振反射腔
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相对论返波管频率特性研究 被引量：9
9
作者 杨梓强 李大治 梁正 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1996年第4期513-517,共5页
研究了等离子体填充下相对论运该管的频率特性。结果表明，随着等离子体浓度增加，返波管的振荡频率明显上移；对空波导情况，实验结果同理论分析结果是相符的。
关键词 相对论返波管 等离子体 频率 微波器件
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变阻抗相对论返波管的研究 被引量：4
10
作者 文光俊 李天明 +2 位作者 李家胤 谢甫珍 刘盛纲 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期151-155,共5页
根据相对论返波管 (RBWO)的非线性理论 ,数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系 ,结果表明器件最优化效率可达到 5 0 % .设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO ,... 根据相对论返波管 (RBWO)的非线性理论 ,数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系 ,结果表明器件最优化效率可达到 5 0 % .设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO ,运用全电磁粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用过程 ,预见出器件功率、效率、频率等性能参量 .在电子注电流、注加速电压、互作用区长度相同的实验条件下 ,测得变阻抗器件实验效率约为均匀阻抗型器件效率的 2倍 . 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 粒子模拟 注波互作用 rbwo 变阻抗
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X波段多频相对论返波振荡器的粒子模拟 被引量：8
11
作者 张建国 蒙林 +2 位作者 宋刚永 于新华 高炜 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1327-1330,共4页
采用过模同轴波纹型返波管,其互作用区由2段周期不同的波纹慢波结构组成,利用粒子模拟软件MAGIC进行数值模拟,得到了X波段稳定的3个频率微波输出。粒子模拟的结果为:在强流电子束电压为570 kV,电流为11.4 kA,引导磁场为0.72 T的条件下,... 采用过模同轴波纹型返波管,其互作用区由2段周期不同的波纹慢波结构组成,利用粒子模拟软件MAGIC进行数值模拟,得到了X波段稳定的3个频率微波输出。粒子模拟的结果为:在强流电子束电压为570 kV,电流为11.4 kA,引导磁场为0.72 T的条件下,获得的3个频率分别为9.575,10.025和10.475GHz,总微波功率为1.0 GW,效率为15.4%。通过对电压的调节,进一步获得了4个频率的微波输出。 展开更多
关键词 高功率微波 多频 X波段 相对论返波振荡器 粒子模拟
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同轴型相对论返波管的粒子模拟研究 被引量：9
12
作者 文光俊 李家胤 +1 位作者 刘盛纲 谢甫珍 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第12期132-134,共3页
本文提出和设计了一种X波段大直径同轴相对论返波管，用时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中TW模式的色散关系，耦合阻抗．运用粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用的非线性物理过程，预见出器件输出功率、效率、工作频率，并对器... 本文提出和设计了一种X波段大直径同轴相对论返波管，用时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中TW模式的色散关系，耦合阻抗．运用粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用的非线性物理过程，预见出器件输出功率、效率、工作频率，并对器件功率与慢波结构尺寸，电子注束流参数。 展开更多
关键词 同轴相对论 返波管 漫波结构
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带有反射腔的双频相对论返波管的粒子模拟 被引量：7
13
作者 王辉辉 李海龙 +1 位作者 蒙林 刘丰 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期1000-1004,共5页
设计了一种带有反射腔的能在X波段实现稳定双频输出的圆柱结构相对论返波管,采用2.5维相对论全电磁PIC粒子模拟软件行粒子模拟研究。仿真结果表明:在输入电压433 kV、引导磁场2.2 T的条件下,实现了9.53,10.09 GHz的双频稳定输出,平均输... 设计了一种带有反射腔的能在X波段实现稳定双频输出的圆柱结构相对论返波管,采用2.5维相对论全电磁PIC粒子模拟软件行粒子模拟研究。仿真结果表明:在输入电压433 kV、引导磁场2.2 T的条件下,实现了9.53,10.09 GHz的双频稳定输出,平均输出功率340 MW,平均功率效率24.1%。 展开更多
关键词 反射腔 圆柱结构 相对论返波管 双频 粒子模拟 高功率微波
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一种提高相对论返波管功率容量的方法 被引量：4
14
作者 张晓微 肖仁珍 +2 位作者 陈昌华 张黎军 张立刚 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期3069-3072,共4页
对相对论返波管实验中射频击穿现象进行了分析和数值模拟研究,发现谐振反射器和慢波结构的局部场增强诱导了场致电子发射,引起了金属表面的射频击穿,通过研究分析,提出采用分布反馈式谐振反射器,并采用梯形倒角非均匀慢波结构替换正弦... 对相对论返波管实验中射频击穿现象进行了分析和数值模拟研究,发现谐振反射器和慢波结构的局部场增强诱导了场致电子发射,引起了金属表面的射频击穿,通过研究分析,提出采用分布反馈式谐振反射器,并采用梯形倒角非均匀慢波结构替换正弦慢波结构的方法来抑制射频击穿。数值模拟研究表明,在微波功率2GW时,改进后的反射器最大场强由1.4MV/cm降低为570kV/cm,慢波结构表面最大电场由1.1MV/cm降低到780kV/cm。改进后的结构在二极管电压765kV时获得了微波功率2.2GW、脉宽45ns的实验结果,微波功率和脉宽得到显著提升。 展开更多
关键词 相对论返波管 射频击穿 功率容量 谐振反射器 慢波结构
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X波段高效双频同轴相对论返波管粒子模拟 被引量：5
15
作者 唐永福 蒙林 +3 位作者 李海龙 王彬 殷勇 张斐娜 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2415-2419,共5页
提出了一种能在X波段实现稳定双频输出的带有谐振反射器的高效率同轴相对论返波振荡器,并使用2.5维全电磁粒子PIC模拟软件进行了粒子模拟研究。模拟结果显示:在电子束电压520kV、电流8.5kA、轴向引导磁场2.35T的条件下,器件实现了9.41GH... 提出了一种能在X波段实现稳定双频输出的带有谐振反射器的高效率同轴相对论返波振荡器,并使用2.5维全电磁粒子PIC模拟软件进行了粒子模拟研究。模拟结果显示:在电子束电压520kV、电流8.5kA、轴向引导磁场2.35T的条件下,器件实现了9.41GHz和10.29GHz的稳定双频输出,平均输出功率为1.35GW,波束互作用效率为30.5%。此外,双频频谱及双频中较小的频率随着漂移段的变化而准周期地变化,实现了带宽约400MHz的频率捷变输出。 展开更多
关键词 同轴相对论返波管 谐振反射器 双频 高效率 粒子模拟 频率捷变
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相对论返波振荡器研究进展 被引量：5
16
作者 文光俊 李家胤 +1 位作者 熊祥正 刘盛纲 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第S1期140-149,共10页
对高功率相对论返波振荡器（Ｒ—ＢＷＯ）的国际国内研究情况进行了全面综述，报道了Ｒ—ＢＷＯ理论和实验研究的最新进展，预测了Ｒ—ＢＷＯ的发展趋势，提出了一些建议。
关键词 高功率微波源 相对论返波管 相对论 微波管
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相对论返波管慢波结构的起始端设计 被引量：3
17
作者 陈昌华 刘国治 +1 位作者 宋志敏 肖仁珍 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1121-1125,共5页
对相对论返波管的慢波结构中横磁模-TM01模的空间谐波系数进行了理论计算。理论上证明采用所述的4种方法构造的有限长度的慢波结构谐振腔,其一些电动力学特性可以等效为无限长结构的特性。根据慢波结构内场分布的特点和计算机数值模拟结... 对相对论返波管的慢波结构中横磁模-TM01模的空间谐波系数进行了理论计算。理论上证明采用所述的4种方法构造的有限长度的慢波结构谐振腔,其一些电动力学特性可以等效为无限长结构的特性。根据慢波结构内场分布的特点和计算机数值模拟结果,提出为了提高相对论返波管的转换效率,一般选择慢波结构的起始端从波纹最深处开始。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 慢波结构
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同轴相对论返波管中波束作用过程 被引量：5
18
作者 滕雁 肖仁珍 +4 位作者 宋志敏 孙钧 陈昌华 邵浩 刘国治 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期175-180,共6页
根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过... 根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过优化设计,利用500 keV,4.0 kA电子束流,微波起振时间为7 ns,输出效率大于38%,与以往数值模拟和实验结果符合较好。根据计算结果进一步分析得到,与空心相对论返波管相比,同轴相对论返波管中空间电荷效应的影响较小。 展开更多
关键词 高功率微波 同轴相对论返波管 波束作用 输出效率 时域有限差分法
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X波段内同轴膜片加载相对论返波振荡器的特性研究 被引量：4
19
作者 袁家德 蒙林 +2 位作者 鄢扬 高荣 胡庆 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1559-1563,共5页
把同轴膜片作为相对论返波振荡器的慢波结构,从Maxwell方程组和Floquet定理出发,导出了电磁波在同轴膜片加载相对论返波振荡器中的色散关系。通过编程计算得出TM0n模式的色散曲线,数值分析了周期长度和导体半径对器件工作频率的影响,运... 把同轴膜片作为相对论返波振荡器的慢波结构,从Maxwell方程组和Floquet定理出发,导出了电磁波在同轴膜片加载相对论返波振荡器中的色散关系。通过编程计算得出TM0n模式的色散曲线,数值分析了周期长度和导体半径对器件工作频率的影响,运用PIC程序模拟了返波振荡器中注波互作用过程。讨论了纵向聚焦磁场、电子注到慢波结构的距离、槽深和槽宽对输出功率和效率的影响。研究表明:增加器件的周期长度,可以减小器件的截止频率和同一模式下的工作频率;调节内导体半径的大小,几乎不影响器件的工作频率。周期长度取11 mm,槽深取2 mm,槽宽取3.6 mm,漂移长度取7.5 mm的结构,在520 kV电压、8 kA电流和0.7 T的轴向聚焦磁场条件下,器件能输出2.8 GW的峰值功率,功率效率约33.2%。该慢波结构加工方便,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 膜片加载 相对论返波振荡器 慢波结构 色散关系 注波互作用
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永磁包装相对论返波管振荡器实验研究 被引量：5
20
作者 刘忠 马乔生 +2 位作者 李正红 邓德荣 金晓 《微波学报》 CSCD 北大核心 2012年第2期79-81,85,共4页
首先通过粒子模拟设计了一个X波段的低磁场返波管振荡器,得到功率为520MW、频率为7.9GHz的微波输出;然后根据模拟结果设计加工了一个磁场强度为0.46T的小型化永磁磁体;最后在加速器上对永磁包装返波管振荡器进行了实验研究。当电子能量... 首先通过粒子模拟设计了一个X波段的低磁场返波管振荡器,得到功率为520MW、频率为7.9GHz的微波输出;然后根据模拟结果设计加工了一个磁场强度为0.46T的小型化永磁磁体;最后在加速器上对永磁包装返波管振荡器进行了实验研究。当电子能量为630keV、束流约为6.7kA时,返波管振荡器得到频率为8.0GHz、功率为510MW、脉冲半高宽约15ns的微波输出。 展开更多
关键词 永磁 相对论返波管(rbwo) 低磁场
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