PDF《140 GHz, TE22,6 模式回旋振荡管高频谐振腔》

第17 卷第1期太赫兹科学与电子信息学报 Vo1.

17, No.

1 2019 年2月Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Feb. ,

2019 文章编号:2095-4980(2019)01-0018-06

140 GHz, TE22,6 模式回旋振荡管高频谐振腔 安康,刘本田,张亦驰,李志良,曾旭,张杨(北京真空电子技术研究所 微波电真空器件国家级重点实验室,北京 100015) 摘要:通过数值计算方法,编程模拟了

140 GHz, TE22,6 模式回旋振荡管开放式缓变截面谐振 腔的传播特性,计算出谐振腔的谐振频率和品质因数;

利用 CST 软件对该高频谐振腔进行仿真计 算,得到腔体内横截面的电场分布云图.通过实验和仿真软件得到的数据进行比较,两者有较好 的一致性.测试结果表明,当磁场为 5.48 T,电子注电流为

28 A,电子注电压为 68.6 kV 时,TE22,6 模式的平均输出功率为 0.25 kW,峰值功率为 0.56 MW.当磁场为 5.68 T,电子注电流为 27.6 A, 电子注电压为 69.12 kV 时,回旋振荡管可同样工作于 TE22,6,2 模式,平均输出功率为 0.21 kW,峰值 功率为 0.47 MW. 关键词:回旋振荡管;

谐振腔;

工作频率;

品质因数 中图分类号: TN129 文献标志码: A doi: 10.11805/TKYDA201901.0018 The resonator in

140 GHz, TE22,6-mode gyrotron oscillator AN Kang,LIU Bentian,ZHANG Yichi,LI Zhiliang,ZENG Xu,ZHANG Yang (National Key Laboratory of Science and Technology on Vacuum Electronics, Beijing Vacuum Electronics Research Institute,Beijing 100015,China) Abstract:By means of numerical calculation, the propagation characteristics of the open and slowly varying section resonator of

140 GHz and TE22,6 mode gyrotron are simulated;

the resonant frequency and quality factor of the resonator are calculated. The CST software is utilized to simulate the high-frequency resonator. The electric field distribution cloud diagram of the cross-section inside the cavity is obtained. The data obtained through the experiment and the simulation software are compared and the two are in good agreement. The test results show that when the magnetic field is 5.48 T, the current is

28 A and the voltage is 68.6 kV, the gyrotron could work in TE22,6 mode, and the average output power is 0.25 kW, the peak power is 0.56 MW;

when the magnetic field is 5.68 T, the electronic current is 27.6 A and the electronic voltage is 69.12 kV, the gyrotron could also work in TE22,6,2 mode, and the average output power is 0.21 kW, the peak power is 0.47 MW. Keywords:gyrotron;

resonator;

operating frequency;

quality factor 根据换能机理和用途,回旋管可以划分出多种管型,其中最基本、最重要的是回旋振荡管[1-2] .基于电子回 旋脉塞机理的回旋振荡管是电子回旋共振加热(Electron Cyclotron Resonance Heating,ECRH)、电子回旋电流驱 动(Electron Cyclotron Current Drive,ECCD)、陶瓷烧结、等离子体诊断等应用方面较为理想的高功率器件[3-5] . 高性能的回旋振荡管在毫米波段、亚毫米波段和太赫兹波段陆续研制成功,注波互作用效率超过 40%,若采用单 级降压收集极,效率可进一步提高,有望超过 60%[6-8] .近年来,高功率、高效率、高频率回旋振荡管的研究成 功加快了受控热核聚变的研究进程,其中

140 GHz 高功率回旋振荡管可用于中国的超导托卡马克实验装置[9-10] . 本文采用回旋振荡管开放腔的一种缓变截面谐振腔模型,并利用四阶龙格―库塔方法编制成数值计算程序, 得出谐振腔的谐振频率、品质因数.本文将复数频率 ω 和复数场分布 f(z)分解为实部和虚部,分别求解.并将理 论计算得到的数据与实际回旋振荡管谐振腔测试得出的数据和 CST 仿真软件计算的数据相比较,三者有较好的 一致性.同时在实验测试时,改变测试的工作条件,该回旋振荡管可在 TE22,6,2 模式下稳定工作. 收稿日期:2018-03-15;