FEM放大器非线性特性研究

以圆柱波导、平板摇摆器为模型，导出了自洽的注波互作用三维非线性方程组。并考虑了电子初始速度零散的影响，在此基础上编制了相应的计算软件。通过数值分析的方法研究了自由电子激光器（ＦＥＭ）的饱和效率、频带宽度等高频特性和摇摆器锥化设计对延缓饱和、提高效率的作用。     

静电回旋速调管

在静电电子回旋脉塞的基础上,本文提出了用两个同轴腔构成静电回旋速调管的新方案。文中用小信号理论分析了这种具有预群聚效应的静电器件,导出了电子的群聚公式、注—波互作用功率及器件增益表达式,并进行了有益的讨论。     

电子回旋脈塞不稳定性的自洽非綫性理論

本文对电子回旋脉塞不稳定性的自洽非线性理论进行了研究。所用模型是在圆柱波导内沿轴向均匀磁場旋转并漂移的相对论电子注。由于相对论效应在波导中激起横电模式,我们在轴向波数和轴向电子速度为零的坐标系中导出了非线性耦合方程。从理论上描述了单一受激波的場幅值和频率偏移的非线性变化。联立求解考虑相对论效应的运动方程和非齐次波动方程,从而描述了电子与波的自洽特性。波的饱和有两种饱和机理,即自由能耗尽和相位捕获。两种饱和机理的逐漸过渡导致能量转換效率与电子注能量的关系曲线有一个峰值。数值计算结果表明,电子到波的能量转换效率在电子注坐标系中可以超过60%。     

同轴波导自由电子激光放大器的粒子模拟

采用PIC模拟方法对同轴混合铁磁摇摆器自由电子激光器进行了研究,分析了等离子体填充对其性能的影响。粒子模拟结果表明,这种同轴摇摆器结构FEL在工作电压较低(205 kV)的情况下仍可以得到较好的放大输出,效率达到27.3%,饱和功率达到兆瓦级;等离子体填充对器件的性能有一定的影响,改善了束流传输特性。     

具有反射器的绕射辐射振荡器的模拟研究

分析了具有反射器的8mm波段相对论绕射辐射振荡器,其高频系统为周期盘荷慢波结构,并且在电子注的输入端加有圆柱形同轴反射器。利用HFSS软件计算S11参数来确定反射器的结构尺寸。对该结构进行了PIC模拟,分析了该结构中注波互作用的非线性过程和反射器对该器件性能的影响。研究发现存在一个最佳反射器的位置,使注波互作用的效率高、频谱好。     

矩形波导FEL的三维非线性理论

研究了带有双绕螺旋 Wiggler 场和轴向导引磁场的矩形波导中,轴对称电子注自由电子激光放大器的三维非线性理论。波、电子注和 Wiggler 场在三维空间中的变化均考虑在内,忽略了电子注的自身场和空间电荷效应;导出了一组完全自洽的互作用非线性微分方程。数值计算表明:采用空心电子注与TE_(11)波作用可以得到比圆波导结构高的增益和电子能量转换效率。     

低磁场回旋速调管的空间电荷效应

本文建立了考虑直流空间电荷效应和交流空间电荷效应的低磁场(大回旋半经)回旋速调管扰动理论。在漂移区中考虑直流空间电荷场的影响。我们发现电子运动在该区服从一振荡方程;进一步在输出腔中计及了交流空间电荷场对注一波换能的影响。文中求得了相应的电子群聚、注一波互作用功率及增益的表达式,并进行了讨论。     

大功率多电子注TWT的大信号互作用分析与计算

多电子注技术是提高行波管功率水平的一种有效方法，其慢波结构为紧密耦合的螺旋线、梯形线或耦合腔阵列。文中将对以耦合腔阵列作为慢波结构的多电子注行波管进行分析，建立大信号分析的物理和数学模型，编制大信号计算程序，给定输入功率，计算得到了多电子注行波管的饱和功率、增益和电子效率。     

同轴内开槽结构高次谐波回旋脉塞

对多导体结构的一种特例-同轴内开槽结构的高频场作了分析,并就开槽数为16,工作在π模下的这种结构的特征值作了数值求解。最后,利用轨道理论,在∫_o=35GHz下,考虑电子注厚度,求出了电子注与场的互作用效率及各参量对电子效率的影响,从而得出了同轴內开槽结构有助于提高电子与场的互作用效率。     

論复合場电子回旋脉塞中的动量矩效应

本文详细地论证了复合场电子回旋脉塞角向群聚中的动量矩效应。文中指出,可以利用动量矩效应作为一种提高注波互作用效率的新方法。     

改型Wiggler自由电子激光谐波产生的非线性理论

建立了改型Ｗｉｇｇｌｅｒ自由电子激光的非线性理论。导出了自洽非线性方程组。用计算机模拟了在改型Ｗｉｇｇｌｅｒ磁场中，电子与光场互作用从线性调制到非线性饱和的演化过程，得到了电子的相空间群聚图、高次谐波的增益、抽取效率和电子束的分布函数。同时还研究了电子束的能散度对高次谐波的增益和效率的影响等。模拟结果证实，改型ｗｉｇｇｌｅｒ自由电子激光是实现短波长相干光辐射的重要途径之一。     

同轴Vircator的理论与数值模拟

用格林函数法导出同轴Vircator漂移区间的空间电荷限制流。由相对论流体理论分析同轴Vircator的二维特性,导出阳极附近径向电流的表达式和电子注等离子体振荡频率,理论计算与粒子模拟结果吻合很好。用MAGIC程序计算新型同轴Vircator,得到输出功率、功率的频谱以及阳极区电流等,在0．6MVT,得到GW级的输出,微波产生效率为14．30%。     

自由电子激光电磁驻波Wiggler场的研究

对回旋管泵电磁驻波Ｗｉｇｇｌｅｒ场作了描述，运用短波长的电磁波作为Ｗｉｇｇｌｅｒ场可大大地减少对电子束能量的需求。同时，采用ＰＩＣ模拟方法对回旋管泵电磁驻波Ｗｉｇｇｌｅｒ场进行了模拟计算。回旋管运行在短波作用区域，工作在ＴＥ＿１３模式，其工作频率为１３０．３４ＧＨｚ、Ｑ值是５７８５６，并获得了周期和幅值均匀的Ｗｉｇｇｌｅｒ场分布。     

约束极小极大问题的光滑化牛顿方法

对极小极大问题在K-T条件下的解决方法进行了研究，用光滑化方法将不可微非线性方程组转化为可微非线性方程组，并用牛顿法来求解这个方程组，最后给出了3个算例来验证此方法。     

角向周期结构静电电子回旋脉塞

提出了一种角向周期结构静电电子回旋脉塞的方法。用流体线性理论导出了这种脉塞的色散方程和增长率公式,并进行了相应的分析与计算。此结构能较好地克服正常同轴波导静电电子回旋脉塞工作频率难以提高的困难,并且该结构中的多种角向梯式时提高工作频率和电子注效率是一个良好的途径。     

机械臂非线性定位方程计算新方法

针对机械臂定位算法中,数值算法计算量大,仿真过程存在累积误差,几何算法通用性不强等问题,以手术机器 人六自由度机械臂为研究对象,建立了一组多关节机械臂非线性定位方程组,提出了其基于非线性大范围渐近稳定的 求解方法。结果表明该方法既简化运算,又有利于物理实现,为机械臂高速、准确运动提供了基础,实验表明该算法适用 多关节的移动机械臂的非线性定位方程的求解,有较高的求解精度和收敛速度。