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

同轴相对论速调管周期永磁聚焦系统的初步研究

魏元璋 李士锋 王战亮 黄华 刘振帮 何琥 宫玉彬

魏元璋, 李士锋, 王战亮, 等. 同轴相对论速调管周期永磁聚焦系统的初步研究[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 063007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170468
引用本文: 魏元璋, 李士锋, 王战亮, 等. 同轴相对论速调管周期永磁聚焦系统的初步研究[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 063007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170468
Wei Yuanzhang, Li Shifeng, Wang Zhanliang, et al. Periodic permanent focusing magnet of relativistic klystron[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 063007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170468
Citation: Wei Yuanzhang, Li Shifeng, Wang Zhanliang, et al. Periodic permanent focusing magnet of relativistic klystron[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 063007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170468

同轴相对论速调管周期永磁聚焦系统的初步研究

doi: 10.11884/HPLPB201830.170468
基金项目: 

国家自然科学基金项目 61531010

国家自然科学基金项目 11475158

详细信息
    作者简介:

    魏元璋(1991—),男,硕士生,从事高功率微波方面的研究;1272654590@qq.com

  • 中图分类号: TN128

Periodic permanent focusing magnet of relativistic klystron

  • 摘要: 为了探索相对论速调管放大器(RKA)的小型化技术,开展了同轴RKA周期永磁聚焦的物理与设计技术研究。周期永磁聚焦系统采用Halbach阵列结构,产生的磁场类型为周期性会切磁场。首先给出该系统的磁场各个分量的表达式,分析该系统磁场分布的特点,并推导得出该系统聚焦强流环形电子束的稳定条件。根据该稳定条件,对Ka波段同轴RKA设计了一个周期永磁聚焦系统,并优化了周期磁场参数,确定了磁场系统设计的最佳周期和幅值。研究结果显示,周期永磁(PPM)聚焦系统在周期长度18 mm和磁场幅值0.33 T的条件下可引导500 kV、6 kA的同轴RKA,得到1 GW的微波输出功率,物理分析确定了周期永磁聚焦系统应用于高功率同轴RKA的技术可能性。
  • 图  1  同轴Halbach结构磁路

    Figure  1.  Magnetic circuit of coaxial Halbach structure

    图  2  同轴PPM的轴向和径向磁场空间分布图

    Figure  2.  Illustration of the axial and radial components of the field of the coaxial PPM

    图  3  同轴Halbach结构的磁力线分布图

    Figure  3.  Magnetic force line distribution of coaxial Halbach structure

    图  4  图 3 A处轴向和径向磁场强度随半径变化曲线

    Figure  4.  Axial and radial magnetic flux density vs the radius at section A

    图  5  α=0.10时,β取不同值时电子束的边沿轨迹

    Figure  5.  The annular beam's inner and outer radial envelope at α=0.10 for several values of β

    图  6  同轴RKA结构示意图

    Figure  6.  Schematic of coaxial relativistic klystron amplifier (RKA)

    图  7  PPM场中的电子束稳定传输条件

    Figure  7.  Stable transmission condition of electrons in PPM field

    图  8  不同周期下RKA输出功率和磁场幅值BP随周期变化曲线

    Figure  8.  Output power of RKA vs BP with different period lengths

    图  9  不同引导磁场条件下Ka波段同轴RKA的功率输出波形

    Figure  9.  Output power waveform of Ka-band RKA with different leading magnetic field

    图  10  输出微波的频谱

    Figure  10.  Frequency spectrum of output wave

    图  11  模拟得到的电子束空间分布

    Figure  11.  Simulated electron trajectories

    表  1  Ka波段同轴RKA设计参数

    Table  1.   Design parameters of the Ka-band RKA

    beam voltage/kV beam current/kA inner radius of drifting-tube/mm outer radius of drifting-tube /mm beam thickness/mm total length/mm
    500 6 33.25 36.75 1.20 240
    下载: 导出CSV
  • [1] Benford J, Swegle J A. High power microwave. 2nd ed. Beijing: National Defense Industry Press, 2009: 8-10
    [2] McDemott D B, Balkcum A J, Phillips R M, et al. Periodic permanent magnet focusing of an annular electron beam and its application to a 250 MW ubitron free-electron maser[J]. Physics of Plasmas, 1995, 2(11): 4332-4337. doi: 10.1063/1.870988
    [3] Yang Jianhua, Zhang Yazhou, Zhang Jiande, et al. Propagation of annular IREB in periodic permanent magnetic (PPM) field[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2002, 14(5): 739-742.
    [4] 周传明, 刘国治, 刘永贵, 等. 高功率微波源[M]. 北京: 原子能出版社, 2007: 269-309.

    Zhou Chuanming, Liu Guozhi, Liu Yonggui, et al. High-power microwave sources. Beijing: Atomic Energy Press, 2007: 269-309
    [5] Liu Zhenbang, Huang Hua, Jin Xiao, et al. Investigation of the phase stability of an X-band long pulse multibeam relativistic klystron amplifier[J]. Physics of plasmas, 2016, 23: 093110. doi: 10.1063/1.4962760
    [6] 李士锋, 黄华, 段兆云, 等. Ka波段GW级同轴扩展互作用相对论速调管放大器的仿真研究[C]//中国电子学会真空电子学分会第二十届学术年会, 2016.

    Li Shifeng, Huang Hua, Duan Zhaoyun, et al. Simulation of Ka-band gigawatt coaxial extended interaction relativistic klystron amplifier//20th CVE of Chinese Institute of Electronics, 2016
    [7] Robert J B, Schamiloglu E. High-power microwave sources and technologies. Beijing: Tsinghua University Press, 2005: 250-252
    [8] Zhu Z Q, Howe D. Halbach permanent magnet and machines and applications: A review[J]. IEE Proc-Electr Power Appl, 2001, 148(2): 299-308.
    [9] 缪茜茜. 同轴永磁Halbach结构磁路及其应用研究[D]. 长沙: 国防科技大学, 2004: 45-50.

    Miao Xixi. Investigation of coaxial permanent magnet Halbach circuit. Changsha: National University of Defense Technology, 2004: 45-50
    [10] Freund H P, Jackson R H, Pershing D E, et al. Nonlinear theory of the free-electron laser based upon a coaxial hybrid wiggler[J]. Physics of Plasmas, 1994, 1(4): 1046-1059. doi: 10.1063/1.870785
    [11] 杨儒贵, 张世昌, 金建铭, 等. 高等电磁场理论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2008: 498-501.

    Yang Rugui, Zhang Shichang, Jin Jianming, et al. Advanced electromagnetic theory. Beijing: Higher Education Press, 2008: 498-501
    [12] 林秉初, 汪健如. 电子光学[M]. 北京: 清华大学出版社, 2002: 82-84.

    Lin Bingchu, Wang Jianru. Electron optics. Beijing: Tsinghua University Press, 2002: 82-84
    [13] 王战亮. 带状电子注的形成、传输与应用研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2010: 72-78.

    Wang Zhanliang. Formation, transportation and application of sheet electron beam. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2010: 72-78
    [14] Schachter L. Beam-wave interaction in periodic and quasi-periodic structures[M]. Berlin: Heidelberg, 2011: 126-130.
    [15] Miller R B. The introduction to the intense charged particle beams[M]. Beijing: Energy Press, 1990: 83-127.
    [16] 马乔生, 张永辉, 常安碧, 等. 环形电子束在周期永磁场中传输的理论研究[J]. 核技术, 2005, 28(7): 505-509. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJSU200507003.htm

    Ma Qiaosheng, Zhang Yonghui, Chang Anbi, et al. Propagation of annular IREB in periodic permanent magnet. Nuclear Techniques, 2005, 28(7): 505-509 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJSU200507003.htm
    [17] Mental J T, Quate C F, Yocom W H. Electron beam focusing with periodic permanent magnet fields[J]. Proceedings of IRE, 1954, 42(5): 800-810.
  • 加载中
图(11) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  1089
  • HTML全文浏览量:  168
  • PDF下载量:  161
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-17
  • 修回日期:  2018-01-16
  • 刊出日期:  2018-06-15

目录

    /

    返回文章
    返回