基于盘片模型的行波管输出间隙束团相位-速度分布预测与电子效率评估研究

《Scientific Reports》：Phase–velocity disk model for predicting output-gap velocity distribution for the design of high-efficiency Klystrons

　　

摘要

行波管需要持续提升效率，以满足现代大功率微波和加速器系统对能量效率日益增长的需求。在输出间隙处，聚集电子束的相-速度分布决定了束波能量提取，从而强烈影响电子效率。本研究开发了一种基于盘片的预测模型，用于评估输出间隙处束盘的相位和速度分布，并估计相应的能量提取行为。提出了一种新颖的诊断量——腔能量转移比，作为该工作的评估指标，用于腔体能量转移诊断和行波管效率优化。该模型在自洽框架下融合了射频间隙相互作用、漂移空间相滑移、速度调制以及受空间电荷影响的束团演化。利用该模型研究了两种漂移长度情况，以考察空间电荷主导的束团聚集在效率提升方面的作用。较长漂移构型在输出腔前产生更强的束团演化，从而获得更高的电子效率。预测的盘片能量提取效率与KLyC和CST结果高度吻合，验证了所提方法在行波管设计中用于快速效率评估的可行性。