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Ka波段同轴多注相对论速调管的电子束引入

党智伟 李士锋 王战亮 黄华 王腾钫 刘振帮 宫玉彬

党智伟, 李士锋, 王战亮, 等. Ka波段同轴多注相对论速调管的电子束引入[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 043001. doi: 10.11884/HPLPB202032.190192
引用本文: 党智伟, 李士锋, 王战亮, 等. Ka波段同轴多注相对论速调管的电子束引入[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 043001. doi: 10.11884/HPLPB202032.190192
Dang Zhiwei, Li Shifeng, Wang Zhanliang, et al. Electron beam introduction of Ka-band coaxial multi-beam relativistic klystron amplifier[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 043001. doi: 10.11884/HPLPB202032.190192
Citation: Dang Zhiwei, Li Shifeng, Wang Zhanliang, et al. Electron beam introduction of Ka-band coaxial multi-beam relativistic klystron amplifier[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 043001. doi: 10.11884/HPLPB202032.190192

Ka波段同轴多注相对论速调管的电子束引入

doi: 10.11884/HPLPB202032.190192
基金项目: 国家自然科学基金项目(61531010,11605191);国家重点实验室基金项目(9140A23010415DZ02001)
详细信息
    作者简介:

    党智伟(1994—),男,硕士研究生,从事高功率微波器件方面的研究;670380664@qq.com

    通讯作者:

    王战亮(1978—),男,副教授,从事高功率微波器件方面的研究;wangzl@uestc.edu.cn

  • 中图分类号: TN62

Electron beam introduction of Ka-band coaxial multi-beam relativistic klystron amplifier

  • 摘要: 首先通过理论分析确定影响多注电子束引入效率的主要因素,确定初步的结构参数;其次利用三维粒子模拟软件建立Ka波段相对论多注二极管模型进行仿真优化,使电子束引入效率达到89%;并开展了电子束的产生与传输实验研究,验证了粒子模拟仿真结果。在电子束电压502 kV、束流4.34 kA、轴向磁感应强度0.76 T的条件下,电子束引入效率达到了72%,由电子束轰击尼龙靶材获得的电子束束斑图表明,电子束在产生与传输过程中形状未发生畸变,产生的电子束直径约为2 mm。模拟和实验研究验证了设计的强流多注二极管可以产生高品质的电子束和实现高效率的电子束引入。
  • 图  1  多注二极管结构示意图

    Figure  1.  Schematic of multi-beam diode

    图  2  初始多注电子束斑图

    Figure  2.  Initial multi-beam electron beam

    图  3  阴极电场分布

    Figure  3.  Electric field distribution on cathode

    图  4  优化后的多注电子束斑图

    Figure  4.  Optimized multi-beam electron beams

    图  5  总束流与引入电流曲线图

    Figure  5.  Total beam current and drift tube current

    图  6  实验装置和实验结构

    Figure  6.  Photo of the diode for experiment and its sectional schematic

    图  7  阴极实物图

    Figure  7.  Cathodes of the diode

    图  8  实验波形图

    Figure  8.  Experimental waveforms

    图  9  漂移管端口和末端的束斑

    Figure  9.  Multiple electron beam spots on the drift tube port and on the drift tube end

    表  1  多注阴极长度对引入效率的影响

    Table  1.   Effects of multi-beam cathode length on injection efficiency

    L/mmtotal beam current/kAdrift tube current/kAefficiency/%
    85.563.970.1
    105.654.274.3
    155.764.476.4
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    表  2  磁场强度对引入效率的影响

    Table  2.   Effects of magnetic field intensity on injection efficiency

    B0/Ttotal beam current/kAdrift tube current/kAefficiency/%
    0.84.363.375.7
    0.94.333.683.1
    1.04.353.785.1
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    表  3  电压对引入效率的影响

    Table  3.   Effects of voltage on injection efficiency

    V/kVtotal beam current/kAdrift tube current/kAefficiency/%
    4003.122.786.5
    5004.354.186.3
    6005.644.885.1
    下载: 导出CSV

    表  4  阴阳极间距对引入效率的影响

    Table  4.   Effects of distance between anode and cathode on injection efficiency

    D/mmtotal beam current/kAdrift tube current/kAefficiency/%
    255.284.789.0
    304.754.186.3
    354.353.785.0
    下载: 导出CSV
  • [1] Benford J, Swegle J A. 高功率微波[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008: 293-335.

    Benford J, Swegle J A. High power microwaves. Beijing: National Defense Industry Press, 2008: 293-335
    [2] Robert J B, Edl S. 高功率微波源与技术[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005: 57-63.

    Robert J B, Edl S. High power microwave sources and technologies. Beijing: Tsinghua University Press, 2005: 57-63
    [3] 黄华, 范植开, 马乔生, 等. 长脉冲相对论速调管放大器的初步实验研究[J]. 强激光与粒子束, 2002, 14(6):915-919. (Huang Hua, Fan Zhikai, Ma Qiaosheng, et al. Progress on a long pulse relativistic klystron amplifier[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2002, 14(6): 915-919
    [4] Huang Hua, Chen Zhaofu, Li Shifeng, et al. Investigation on pulse-shortening of S-band, long pulse, four-cavity, high power relativistic klystron amplifier[J]. Physics of Plasmas, 2019, 26: 033107. doi: 10.1063/1.5086734
    [5] Liu Zhenbang, Huang Hua, Jin Xiao, et al. Investigation of an X-band long pulse high-power high-gain coaxial multibeam relativistic klystron amplifier[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2019, 66: 722-728. doi: 10.1109/TED.2018.2879193
    [6] Li Shifeng, Duan Zhaoyun, Huang Hua, et al. Extended interaction oversized coaxial relativistic klystron amplifier with gigawatt-level output at Ka band[J]. Physics of Plasmas, 2018, 25: 043116. doi: 10.1063/1.5006417
    [7] 刘振帮, 金晓, 黄华, 等. 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[J]. 物理学报, 2012, 61:128401. (Liu Zhenbang, Jin Xiao, Huang Hua, et al. Analysis and design of X-band coaxial multi-beam relativistic klystron amplifier[J]. Acta Physica Sinica, 2012, 61: 128401
    [8] 丁耀根. 大功率速调管的设计制造和应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2010: 129-132.

    Ding Yaogen. Design, manufacture and application of high power klystron. Beijing: National Defense Industry Press, 2010: 129-132
    [9] 李乐乐, 黄华, 刘振帮, 等. 强流多注电子束高效率引入的模拟研究[J]. 强激光与电子束, 2016, 28:123003. (Li Lele, Huang Hua, Liu Zhenbang, et al. PIC simulation of high efficient injection of intense relative multi-beam[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2016, 28: 123003
    [10] 刘锡三. 高功率脉冲技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2005: 186-187.

    Liu Xisan. High pulsed power technology. Beijing: National Defense Industry Press, 2005: 186-187
    [11] 雷维·夏奇特. 周期与准周期结构中的束波互作用[M]. 黄华, 何琥, 王冬, 等, 译. 北京: 中国原子能出版社, 2018: 122-125.

    Levi S. Beam-wave interavtion in periodic and quasi-periodic structures. Huang Hua, He Hu, Wang Dong, et al,Trans. Beijing: Atomic Energy Press, 2018: 122-125
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-30
  • 修回日期:  2019-12-05
  • 刊出日期:  2020-03-06

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