一种高功率、高性能径向虚阴极振荡器的数值模拟研究

摘要

在径向虚阴极振荡器中，电子向内发射，向着一个体积缩小的方向传输，更容易形成虚阴极。本文主要采用粒子模拟方法对一种径向虚阴极振荡器进行了研究，并就一些结果进行了理论分析，得到了一些规律性的认识。 首先，研究了径向虚阴极振荡器振荡频率与挡板位置、二极管间距、二极管电压、阴极发射面的关系：挡板、阳极网和波导壁构成谐振腔，对虚阴极振荡频率具有一定的稳频作用；虚阴极振荡频率与二极管电压成正比，与二极管间距成反比；模拟研究还发现虚阴极振荡频率除与反射电子振荡频率和虚阴极自身振荡频率有关系外还与阴极发射面的位置有重要关系。并且，虚阴极振荡频率还存在高频成分，理论分析得出结论：低频分量为输出微波主频，由虚阴极自身振荡产生；高频率成分由虚阴极自身振荡与虚阴极振荡或电子往返振荡产生的调制束流相互作用产生。 其次，研究了虚阴极振荡器的功率和模式特性。模拟研究表明，挡板的存在有利于微波产生，当挡板距波导左端2.3cm时，束波转化效率最大。并在粒子模拟的基础上，对所选模型进行了结构优化。最终确定一组最佳结构参数：二极管电压U=450kV，二极管间距d=1.5cm，阴极发射面长度3cm，发射面中心距波导左端的距离为12.5cm。 最后，模拟结果表明：在上述结构参数情况下，具有良好的微波输出，通过在波导输出端设立观测点，测得平均输出功率为0.69GW，效率为5％左右，微波主频为4.8GHz，主模为TM01模。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章PIC(Particle-in-Cell)数值模拟方法

第三章径向虚阴极振荡器的结构设计及特性研究

第四章径向虚阴极振荡器的三维粒子模拟研究

第五章总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果