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E型波导振荡器反转永磁引导系统初步设计

曾彩萍 薛宇哲 杜创洲 尹磊 徐彻 刘庆想

曾彩萍, 薛宇哲, 杜创洲, 等. E型波导振荡器反转永磁引导系统初步设计[J]. 强激光与粒子束, 2023, 35: 073002. doi: 10.11884/HPLPB202335.230035
引用本文: 曾彩萍, 薛宇哲, 杜创洲, 等. E型波导振荡器反转永磁引导系统初步设计[J]. 强激光与粒子束, 2023, 35: 073002. doi: 10.11884/HPLPB202335.230035
Zeng Caiping, Xue Yuzhe, Du Chuangzhou, et al. Preliminary design of reverse permanent magnet guidance system for E-type waveguide oscillator[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2023, 35: 073002. doi: 10.11884/HPLPB202335.230035
Citation: Zeng Caiping, Xue Yuzhe, Du Chuangzhou, et al. Preliminary design of reverse permanent magnet guidance system for E-type waveguide oscillator[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2023, 35: 073002. doi: 10.11884/HPLPB202335.230035

E型波导振荡器反转永磁引导系统初步设计

doi: 10.11884/HPLPB202335.230035
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2682023CX076);高功率微波技术创新工作站开放项目
详细信息
    作者简介:

    曾彩萍,1411602492@qq.com

    通讯作者:

    徐 彻, xuche@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TN128

Preliminary design of reverse permanent magnet guidance system for E-type waveguide oscillator

  • 摘要: 开展了E型波导振荡器永磁引导系统的物理与设计研究。对强流相对论电子束在理想方波形反转引导磁场中的传输条件进行了理论分析,给出了相对论条件下轴对称复合场中电子束的傍轴轨迹方程和最小引导磁场的计算公式。根据该理论分析,针对C波段E型波导振荡器高频互作用区的结构特点,设计了反转永磁引导系统,同时给出了漂移管内各个磁场分量的表达式。该系统由轴径向磁化空心永磁体组合产生反转引导磁场,永磁体的总质量约为2.5 kg。采用爆炸发射阴极,展示了强流相对论电子束在该引导磁场中的传输特性。研究结果显示,所设计反转永磁引导系统可引导400 kV、580 A的环形电子束稳定通过半径为6 mm的漂移管,带入器件,得到112.5 MW的4.8 GHz微波输出功率,效率为48.49%,确定了反转永磁引导系统应用于E型波导振荡器的技术可能性。
  • 图  1  振荡器高频互作用区结构示意图

    Figure  1.  Schematic of high frequency interaction region of the oscillator

    图  2  E型波导振荡器部分结构示意图

    Figure  2.  Partial schematic of the E-type waveguide oscillator

    图  3  E型波导振荡器的磁路

    Figure  3.  Magnetic circuit of the E-type waveguide oscillator

    图  4  反转永磁引导系统的磁场分布

    Figure  4.  Magnetic distribution of reverse permanent magnet guidance system

    图  5  反转永磁引导系统中电子轨迹图

    Figure  5.  Trajectory of electron beam in reverse permanent magnet guidance system

    图  6  电子束在反转永磁引导系统中的传输特性

    Figure  6.  Transmission characteristics of electron beam in reverse permanent magnet guidance system

    图  7  回流电子的磁场和速度分布

    Figure  7.  Magnetic and velocity distribution of reflux electron

    图  8  E型波导振荡器结构示意图

    Figure  8.  Schematic of the E-type waveguide oscillator

    图  9  E型波导振荡器的功率输出波形

    Figure  9.  Output power waveform of the E-type waveguide oscillator

    图  10  输出微波频谱

    Figure  10.  Frequency spectrum of output wave

    图  11  E型波导振荡器中电子轨迹图

    Figure  11.  Trajectory of electron beam in the E-type waveguide oscillator

    图  12  电子束在E型波导振荡器中的传输特性

    Figure  12.  Transmission characteristics of electron beam in the E-type waveguide oscillator

    表  1  E型波导振荡器设计参数

    Table  1.   Design parameters of the E-type waveguide oscillator

    beam voltage/
    kV
    beam current/
    A
    inner radius of
    drifting-tube/mm
    outer radius of
    cathode/mm
    beam thickness/
    mm
    minimum magnetic
    field/T
    400 580 6 3 1 0.16
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    表  2  反转永磁引导系统设计参数

    Table  2.   Design parameters of the reverse permanent magnet guidance system

    No. zmin/mm zmax/mm rmin/mm rmax/mm
    permanent magnet 1 −184 −146 7 34
    permanent magnet 2 −164 −151 7 16
    permanent magnet 3 −96 −84 19 38
    permanent magnet 4 −95 −90 12 19
    permanent magnet 5 −90 −85 12 19
    permanent magnet 6 −44 −28 18 38
    permanent magnet 7 −41 −36 11 18
    permanent magnet 8 −36 −31 11 18
    permanent magnet 9 −13 22 30 38
    permanent magnet 10 37 53 19 38
    permanent magnet 11 40 45 12 19
    permanent magnet 12 45 50 12 19
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-21
  • 修回日期:  2023-04-20
  • 录用日期:  2023-04-06
  • 网络出版日期:  2023-05-05
  • 刊出日期:  2023-06-15

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