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Design and Simulation Investigations of Dual-Band RBWO Using Sectional Slow Wave Structures for Long Pulse Generation
IEEE Transactions on Electron Devices ( IF 3.1 ) Pub Date : 2022-09-07 , DOI: 10.1109/ted.2022.3201834
V. Venkata Reddy, M. Thottappan

In this article, a relativistic backward wave oscillator (RBWO) with sectional slow wave structures (SWSs) has been designed to generate a long high-power microwave (HPM) pulse at two different frequencies. Two individual SWSs were cascaded using a drift section (drift section-II) that separated them at a sufficient distance to generate dual microwave frequencies. The first section of the SWS (SWS-I) has been designed to generate S-band frequency and the second section of the SWS (SWS-II) to generate C-band frequency. A rectangular resonant reflector (RR) has been used to reflect the backward traveling wave into a forward wave toward the collector. The drift section-II also acted as an RR for the C-band frequency in addition to make the phase adjustment between the backward and forward microwaves and end reflections of SWS-I. The performance of the dual-band RBWO with sectional SWSs has been studied through the particle-in-cell (PIC) simulation by a finite difference time domain (FDTD)-based numerical code. The present simulation predicted a total RF output power of ~600 MW in TM01 mode at ~3.6 and ~4.5 GHz with a power conversion efficiency of ~20% for an annular electron beam with voltage ~550 kV, developed current ~5.4 kA, and the guiding magnetic field of ~1.3 T. A clear and more stable RF output power up to 100 ns of simulation time at both operating frequencies was observed with a frequency difference (between S- and C-band) of ~0.9 GHz.

中文翻译:

使用截面慢波结构产生长脉冲的双波段 RBWO 的设计和仿真研究,使用截面慢波结构产生长脉冲的双波段 RBWO 的设计和仿真研究

在本文中,设计了一种具有分段慢波结构 (SWS) 的相对论后向波振荡器 (RBWO),以产生两个不同频率的长高功率微波 (HPM) 脉冲。使用漂移部分(漂移部分-II)将两个单独的 SWS 级联,该漂移部分将它们分开足够的距离以产生双微波频率。SWS 的第一部分 (SWS-I) 设计用于生成 S 波段频率,而 SWS 的第二部分 (SWS-II) 用于生成 C 波段频率。矩形谐振反射器 (RR) 已用于将反向行波反射成朝向收集器的正向波。漂移部分-II除了对SWS-I的后向和前向微波和端反射进行相位调整外,还充当C波段频率的RR。已经通过基于有限差分时域 (FDTD) 的数字代码的粒子单元 (PIC) 模拟研究了具有截面 SWS 的双波段 RBWO 的性能。本模拟预测 TM01 模式下的总射频输出功率约为 600 MW,在 ~3.6 和 ~4.5 GHz 下,对于电压约为 550 kV、开发电流约为 5.4 kA 的环形电子束,功率转换效率约为 20%,以及~1.3 T 的引导磁场。在两个工作频率下,在高达 100 ns 的仿真时间内,观察到清晰且更稳定的 RF 输出功率,频率差(S 波段和 C 波段之间)为 ~0.9 GHz。,在本文中,设计了一种具有分段慢波结构 (SWS) 的相对论后向波振荡器 (RBWO),以产生两个不同频率的长高功率微波 (HPM) 脉冲。使用漂移部分(漂移部分-II)将两个单独的 SWS 级联,该漂移部分将它们分开足够的距离以产生双微波频率。SWS 的第一部分 (SWS-I) 设计用于生成 S 波段频率,而 SWS 的第二部分 (SWS-II) 用于生成 C 波段频率。矩形谐振反射器 (RR) 已用于将反向行波反射成朝向收集器的正向波。漂移部分-II除了对SWS-I的后向和前向微波和端反射进行相位调整外,还充当C波段频率的RR。已经通过基于有限差分时域 (FDTD) 的数字代码的粒子单元 (PIC) 模拟研究了具有截面 SWS 的双波段 RBWO 的性能。本模拟预测 TM01 模式下的总射频输出功率约为 600 MW,在 ~3.6 和 ~4.5 GHz 下,对于电压约为 550 kV、开发电流约为 5.4 kA 的环形电子束,功率转换效率约为 20%,以及~1.3 T 的引导磁场。在两个工作频率下,在高达 100 ns 的仿真时间内,观察到清晰且更稳定的 RF 输出功率,频率差(S 波段和 C 波段之间)为 ~0.9 GHz。
更新日期:2022-09-07
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