内同轴过模相对论返波管的特性研究

摘要

本文对X波段内同轴过模相对论返波管进行了研究，主要研究工作如下： 一、从Maxwell方程组和Floquet定理出发，详尽地导出了电磁波在内同轴盘荷慢波结构中的色散关系；编程计算得出TMon模式的色散曲线：数值分析了慢波结构的周期长度和槽深这两个慢波结构重要参量对色散特性的影响。 二、推导出该慢波系统耦合阻抗表达式，并通过数值计算，讨论了慢波系统各结构参量对耦合阻抗的影响。 三、运用粒子模拟的方法，对内同轴过模相对论返波管进行设计和优化，得出了各结构参数对器件工作情况的影响，特别是对输出功率和功率频谱的影响规律。 四、对内同轴偏心和电子注偏心进行了粒子模拟，得到了偏心对器件输出功率及功率频谱的影响。 研究结果表明该种器件具有一系列突出优点：由于采用了过模慢波结构，增大了器件的功率容量；可以采用大电子注半径，在工作电流不变的情况下，空间电荷效应大幅度降低，因而可工作在低磁场状态，聚束磁场仅需要0.7T。盘荷慢波结构场分布有利于实现高效的注波互作用，可以输出高功率微波。因此该器件具有广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究的意义及背景

1.2 相对论返波管实验研究方面的工作

1.2.1 提高相对论返波管的输出功率和效率的主要方法

1.2.2 相对论返波管平均输出功率和脉宽提高方面的研究

1.3 相对论返波管振荡器的理论研究

1.3.1 分析相对论返波管高频结构特性的两种理论方法

1.3.2 分析相对论返波管注波互作用的线性和非线性理论体系

1.4 相对论返波管的关键技术及发展趋势

第二章 相对论返波管的工作原理

2.1 电磁慢波系统

2.2 均匀周期系统及Floquet定理

2.3 周期慢波系统的特性参量

2.3.1 周期慢波系统的色散特性

2.3.2 周期慢波系统的耦合阻抗

2.4 相对论返波管振荡器概述

2.4.1 一般结构

2.4.2 工作原理

2.5 X波段过模相对论返波管的初步设计分析

第三章 内同轴过模相对论返波管的冷腔特性分析

3.1 内同轴过模相对论返波管的色散方程

3.1.1 盘荷周期慢波结构色散关系

3.1.2 数值计算及分析

3.2 盘荷慢波结构的平均耦合阻抗

3.2.1 平均耦合阻抗的公式推导

3.2.2 平均耦合阻抗的数值计算及分析

3.3 结论

第四章 内同轴过模相对论返波管的粒子模拟

4.1 MAGIC粒子模拟

4.2 内同轴过模相对论返波管的粒子模拟

4.3 对影响返波管的输出功率和工作频率的结构参数的分析

4.3.1 盘荷慢波结构周期长度对内同轴返波管的影响

4.3.2 盘荷慢波结构槽宽对内同轴返波管的影响

4.3.3 盘荷慢波结构槽深对内同轴返波管的影响

4.3.4 盘荷慢波结构漂移段长度对内同轴返波管的影响

4.3.5 内同轴半径对内同轴返波管的影响

4.3.6 电子枪结构对内同轴返波管的影响

4.3.7 聚焦磁场对内同轴返波管的影响

4.3.8 束电压对内同轴返波管的影响

4.4 结论

第五章 内同轴过模相对论返波管的偏心粒子模拟

5.1 非偏心内同轴对返波管的粒子模拟

5.2 内同轴偏心对返波管的影响

5.3 电子注偏心对返波管的影响

5.4 结论

第六章 全文总结

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间取得的成果