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利用全电磁粒子模拟方法对等离子体相对论微波噪声放大器(plasma relativistic microwave noise amplifier, PRNA)进行了物理分析和数值模拟. 首先对无耦合时的波束色散关系进行了模拟分析, 接着计算了微波线性增长率与带宽的变化规律, 为后续整体模拟时参数的选择提供了理论依据. 最后对PRNA进行了整体模拟, 验证了PRNA在带宽和可调谐性方面的输出优势. 当等离子体束密度为1.4×1019/m3, 电子束电压和电流分别为500 kV和2 kA, 外加磁场为2.0 T时, 模拟获得了功率约200 MW, 效率为20%的微波输出, 辐射场频谱范围约为7.0—9.0 GHz, 带宽达到了2 GHz, 输出模式为同轴TEM模. 模拟结果还表明: 等离子体束的密度np和厚度\begin{document}$ \Delta {r_{\ext{p}}} $\end{document}对束波色散关系影响较大, 随着np和\begin{document}$ \Delta {r_{\ext{p}}} $\end{document}的增加, 输出微波频率呈明显上升趋势, 电子束电流和电压的变化对输出频率的影响相对较小, 等离子体束和电子束径向间距的变化则对输出频率基本没有影响. 研究结果可为器件的进一步的优化设计提供参考依据.

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《超宽带等离子体相对论微波噪声放大器的物理分析和数值模拟》

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文件号：296075

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