搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

强流电子束阻抗对相对论速调管放大器注入及群聚特性的影响分析

张泽海 舒挺 张军 戚祖敏

引用本文:
Citation:

强流电子束阻抗对相对论速调管放大器注入及群聚特性的影响分析

张泽海, 舒挺, 张军, 戚祖敏

Influence of the strong beam impedance on injection and bunching features of the relativistic klystron amplifier

Zhang Ze-Hai, Shu Ting, Zhang Jun, Qi Zu-Min
PDF
导出引用
  • 通过数值计算及粒子模拟程序, 分析了强流电子束阻抗、电压及电流特性对相对论速调管放大器(relativistic klystron amplifier, RKA)中束流调制、群聚特性的影响, 其中粒子模拟程序中采用 束发射方式以精确控制电子束的阻抗.结果表明, 低阻抗电子束有利于减小群聚距离, 缩短RKA器件的整体长度, 不利于注入微波对电子束的调制, 而高阻抗电子束情况正好相反.在电子束阻抗不变时, 增加电子束加速电压类似于增大电子束阻抗的情况.另外, 用粒子模拟方法确定了不同阻抗电子束对特定输入腔的电子负载电导, 从而可以得到不同阻抗的强流电子束对种子源 功率水平的需求以及对输入腔外观品质因数的要求.
    With numerical calculation and particle simulation program, the influences of the intense electron beam impedance, voltage and current characteristics on the beam modulation and bunching characteristics in relativistic klystron amplifier (RKA) are analyzed. Within the particle-in-cell simulation program, the beam emission method is used to accurately control the impedance of the electron beam. The results show that the electron beam of low-impedance can reduce the bunching distance and shorten the overall length of the RKA devices but degrade the injected modulation of the electron beam. Electron beam of high impedance is just opposite. When the electron beam impedance is constant, the increase of the electron beam accelerating voltage is similar to the increase of the impedance of the electron beam. In addition, with the particle simulation method, the beam loaded conductance of a specific input cavity loaded by a different impedance of the electron beam is determined, thereby meeting the demand of the power level of the seed, and the requirements for the externally loaded quality factor of the input cavity.
    [1]

    Ding Y G 2010 Design, Manufacture and Application of High Power Klystron (Beijing: National Defense Industry Press) pp8-17 (in Chinese) [丁耀根 2010 大功率速调管的设计制造和应用(北京: 国防工业出版社) 第8–17页]

    [2]

    Huang H, Fan Z K, Tan J, Ma Q S, Gan Y Q, Chang A B 2004 Acta Phys. Sin. 53 1129 (in Chinese) [黄华, 范植开, 谭杰, 马乔生, 甘延青, 常安碧 2004 53 1129]

    [3]

    Huang H, Meng F B, Fan Z K, Li Z H 2006 Acta Phys. Sin. 55 5344 (in Chinese) [黄华, 孟凡宝, 范植开, 李正红2006 55 5344]

    [4]

    Bai X C, Yang J H, Zhang J D 2012 Phys. Plasma 19 083106

    [5]

    Liu J, Shu T, Li Z Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2622 ( in Chinese) [刘静, 舒挺, 李志强 2010 59 2622]

    [6]

    Liu J, Shu T, Li Z Q 2010 High Power Laser and Particle Beams 22 1 (in Chinese) [刘静, 舒挺, 李志强 2010 强激光与粒子束 22 1]

    [7]

    Benford J, Swegle J A, Schamiloglu E (translated by Jiang W H, Zhang C) 2009 High Power Microwaves (2nd Ed.) (Beijing: National Defense Industry Press) p315 (in Chinese) [Benford J, Swegle J A, Schamiloglu E著 (江伟华, 张驰译) 2009高功率微波(第二版) (北京:国防工业出版社) 第315页]

    [8]

    Wu Y, Xu Z, Xu Y, Jin X, Chang A B, Li Z H, Huang H, Liu Z, Luo X, Ma Q S, Tang C X 2011 Acta Phys. Sin. 60 044102 (in Chinese) [吴洋, 许州, 徐勇, 金晓, 常安碧, 李正红, 黄华, 刘忠, 罗雄, 马乔生, 唐传祥 2011 60 044102]

    [9]

    Miller R B (translated by Liu X S, Zhang L Z, Wu Y B, Lu J P, Zhou P Z) 1990 Introduction to the Physics of Intense Charged Particle Beam (Beijing: Atom Energy Press) p92 (in Chinese) [米勒R B著 (刘锡山, 张兰芝, 吴衍斌, 鲁敬平, 周丕璋译) 1990 强流带电粒子束物理学导论 (北京: 原子能出版社) 第92页]

    [10]

    Friedman M, Krall J, Lau Y Y, Serlin V 1988 J. Appl. Phys. 64 7

    [11]

    Briggs R J 1976 Phys. Fluids 19 1257

    [12]

    Lau Y Y 1987 J. Appl. Phys. 62 351

    [13]

    Qi Z M, Zhang J, Zhong H H, Zhang Z H, Bai X C, Zhang D, Bai Z 2012 IEEE Trans. Plasma Sci. 40 41

    [14]

    Xie J L, Zhao Y X 1966 Bunching Theory of Klystron (Beijing: Science Press) p77 (in Chinese) [ 谢家麟, 赵永翔 1966 速调管群聚理论 (北京:科学出版社) 第77页]

    [15]

    Zhang Z T 1982 Measurement of High Frequency System in Microwave Tubes (1st Ed.) (Beijing: National Defense Industry Press) p18 (in Chinese) [张兆镗 1982 微波管高频系统的测量 (第一版) (北京: 国防工业出版社) 第18页]

    [16]

    Ding Y G 2008 Theory and Computer Simulation of High Power Klystron (Beijing: National Defense Industry Press) p75 (in Chinese) [丁耀根 2008 大功率速调管的理论与计算模拟(北京:国防工业出版社)第75页]

    [17]

    Carlsten B E, Faehl R J, Fazio M V, Haynes W B, Ryne R D, Stringfield R M 1994 IEEE Trans. Plasma Sci. 22 730

    [18]

    Liu Z B, Huang H, Jin X, Chen H B 2012 Acta Phys. Sin. 60 128402 (in Chinese) [刘振帮, 黄华, 金晓, 陈怀壁 2012 60 128402]

  • [1]

    Ding Y G 2010 Design, Manufacture and Application of High Power Klystron (Beijing: National Defense Industry Press) pp8-17 (in Chinese) [丁耀根 2010 大功率速调管的设计制造和应用(北京: 国防工业出版社) 第8–17页]

    [2]

    Huang H, Fan Z K, Tan J, Ma Q S, Gan Y Q, Chang A B 2004 Acta Phys. Sin. 53 1129 (in Chinese) [黄华, 范植开, 谭杰, 马乔生, 甘延青, 常安碧 2004 53 1129]

    [3]

    Huang H, Meng F B, Fan Z K, Li Z H 2006 Acta Phys. Sin. 55 5344 (in Chinese) [黄华, 孟凡宝, 范植开, 李正红2006 55 5344]

    [4]

    Bai X C, Yang J H, Zhang J D 2012 Phys. Plasma 19 083106

    [5]

    Liu J, Shu T, Li Z Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2622 ( in Chinese) [刘静, 舒挺, 李志强 2010 59 2622]

    [6]

    Liu J, Shu T, Li Z Q 2010 High Power Laser and Particle Beams 22 1 (in Chinese) [刘静, 舒挺, 李志强 2010 强激光与粒子束 22 1]

    [7]

    Benford J, Swegle J A, Schamiloglu E (translated by Jiang W H, Zhang C) 2009 High Power Microwaves (2nd Ed.) (Beijing: National Defense Industry Press) p315 (in Chinese) [Benford J, Swegle J A, Schamiloglu E著 (江伟华, 张驰译) 2009高功率微波(第二版) (北京:国防工业出版社) 第315页]

    [8]

    Wu Y, Xu Z, Xu Y, Jin X, Chang A B, Li Z H, Huang H, Liu Z, Luo X, Ma Q S, Tang C X 2011 Acta Phys. Sin. 60 044102 (in Chinese) [吴洋, 许州, 徐勇, 金晓, 常安碧, 李正红, 黄华, 刘忠, 罗雄, 马乔生, 唐传祥 2011 60 044102]

    [9]

    Miller R B (translated by Liu X S, Zhang L Z, Wu Y B, Lu J P, Zhou P Z) 1990 Introduction to the Physics of Intense Charged Particle Beam (Beijing: Atom Energy Press) p92 (in Chinese) [米勒R B著 (刘锡山, 张兰芝, 吴衍斌, 鲁敬平, 周丕璋译) 1990 强流带电粒子束物理学导论 (北京: 原子能出版社) 第92页]

    [10]

    Friedman M, Krall J, Lau Y Y, Serlin V 1988 J. Appl. Phys. 64 7

    [11]

    Briggs R J 1976 Phys. Fluids 19 1257

    [12]

    Lau Y Y 1987 J. Appl. Phys. 62 351

    [13]

    Qi Z M, Zhang J, Zhong H H, Zhang Z H, Bai X C, Zhang D, Bai Z 2012 IEEE Trans. Plasma Sci. 40 41

    [14]

    Xie J L, Zhao Y X 1966 Bunching Theory of Klystron (Beijing: Science Press) p77 (in Chinese) [ 谢家麟, 赵永翔 1966 速调管群聚理论 (北京:科学出版社) 第77页]

    [15]

    Zhang Z T 1982 Measurement of High Frequency System in Microwave Tubes (1st Ed.) (Beijing: National Defense Industry Press) p18 (in Chinese) [张兆镗 1982 微波管高频系统的测量 (第一版) (北京: 国防工业出版社) 第18页]

    [16]

    Ding Y G 2008 Theory and Computer Simulation of High Power Klystron (Beijing: National Defense Industry Press) p75 (in Chinese) [丁耀根 2008 大功率速调管的理论与计算模拟(北京:国防工业出版社)第75页]

    [17]

    Carlsten B E, Faehl R J, Fazio M V, Haynes W B, Ryne R D, Stringfield R M 1994 IEEE Trans. Plasma Sci. 22 730

    [18]

    Liu Z B, Huang H, Jin X, Chen H B 2012 Acta Phys. Sin. 60 128402 (in Chinese) [刘振帮, 黄华, 金晓, 陈怀壁 2012 60 128402]

  • [1] 刘振帮, 黄华, 金晓, 王腾钫, 李士锋. X波段高重频长脉冲高功率多注相对论速调管放大器的设计与实验研究.  , 2020, 69(21): 218401. doi: 10.7498/aps.69.20201013
    [2] 黄华, 吴洋, 刘振帮, 袁欢, 何琥, 李乐乐, 李正红, 金晓, 马弘舸. 锁频锁相的高功率微波器件技术研究.  , 2018, 67(8): 088402. doi: 10.7498/aps.67.20172684
    [3] 刘振帮, 赵欲聪, 黄华, 金晓, 雷禄容. Ka波段带状注相对论扩展互作用速调管放大器的分析与设计.  , 2015, 64(10): 108404. doi: 10.7498/aps.64.108404
    [4] 吴洋, 许州, 谢鸿全, 李正红, 马乔生. 高增益相对论速调管放大器相位特性的模拟与实验研究.  , 2015, 64(8): 084102. doi: 10.7498/aps.64.084102
    [5] 刘振帮, 黄华, 金晓, 袁欢, 戈弋, 何琥, 雷禄容. 长脉冲X波段多注相对论速调管放大器的初步实验研究.  , 2015, 64(1): 018401. doi: 10.7498/aps.64.018401
    [6] 陈昭福, 黄华, 常安碧, 许州, 何琥, 雷禄容, 胡进光, 袁欢, 刘振帮. S波段长脉冲相对论速调管放大器中杂模振荡导致的脉冲缩短抑制研究.  , 2014, 63(23): 238402. doi: 10.7498/aps.63.238402
    [7] 陈永东, 吴洋, 谢鸿全, 李正红, 周自刚. 相对论速调管中间腔与调制电子束间的非线性互作用.  , 2013, 62(10): 104104. doi: 10.7498/aps.62.104104
    [8] 陈永东, 金晓, 李正红, 黄华, 吴洋. 高增益相对论速调管放大器杂模振荡抑制研究.  , 2012, 61(22): 228501. doi: 10.7498/aps.61.228501
    [9] 刘振帮, 金晓, 黄华, 陈怀璧, 王淦平. 强流多注相对论速调管中电子束特性的初步研究.  , 2012, 61(24): 248401. doi: 10.7498/aps.61.248401
    [10] 刘振帮, 金晓, 黄华, 陈怀璧. X波段长脉冲同轴多注相对论速调管放大器的分析与设计.  , 2012, 61(12): 128401. doi: 10.7498/aps.61.128401
    [11] 刘振帮, 金晓, 黄华, 陈怀璧, 王淦平. X波段同轴多注相对论速调管放大器的初步实验研究.  , 2012, 61(23): 238402. doi: 10.7498/aps.61.238402
    [12] 刘振帮, 黄华, 金晓, 陈怀璧. X波段三重轴相对论速调管放大器的设计.  , 2011, 60(12): 128402. doi: 10.7498/aps.60.128402
    [13] 黄华, 郭焱华, 金晓, 何琥, 雷禄容, 罗雄, 常安碧, 李正红. 相对论速调管放大器的相位特性研究.  , 2011, 60(3): 035201. doi: 10.7498/aps.60.035201
    [14] 杨振萍, 边清泉. 相对论速调管放大器中微波的相位抖动研究.  , 2009, 58(9): 6141-6145. doi: 10.7498/aps.58.6141
    [15] 黄 华, 孟凡宝, 范植开, 李正红, 方 向. 相对论速调管三轴提取腔的分析与设计.  , 2006, 55(10): 5344-5348. doi: 10.7498/aps.55.5344
    [16] 胡 旻, 祝大军, 刘盛纲. 强流相对论电子束双腔纵向自调制研究.  , 2005, 54(6): 2633-2637. doi: 10.7498/aps.54.2633
    [17] 黄华, 范植开, 谭杰, 马乔生, 甘延青, 常安碧. 长脉冲相对论速调管中束流脉冲缩短的研究.  , 2004, 53(4): 1129-1135. doi: 10.7498/aps.53.1129
    [18] 王平山, 余少英, 雷芳燕, 罗 敏, 马乔生, 谭 杰, 顾秉林. 导电栅网对相对论速调管中电子束的约束作用.  , 1998, 47(3): 485-493. doi: 10.7498/aps.47.485
    [19] 杨震华, 武玉璞. 储存环光速调管自由电子激光的电子束能量调制.  , 1997, 46(2): 279-286. doi: 10.7498/aps.46.279
    [20] 石秉仁. 相对论性电子束的类Tokamak平衡.  , 1983, 32(4): 507-514. doi: 10.7498/aps.32.507
计量
  • 文章访问数:  6903
  • PDF下载量:  564
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-08-23
  • 修回日期:  2012-09-17
  • 刊出日期:  2013-02-05

/

返回文章
返回
Baidu
map