带状注行波管电子光学系统的设计与应用

摘要

由于圆柱形轴对称电子注的局限性，导致其不能满足微波器件不断增长的频率，功率需求。带状电子注自上世纪90年代重新成为一个研究热点之后，就以其空间电荷场低，能传输大电流等独特优点正在不断的被人们开拓创新。因此研究带状电子注正成为一种趋势，正成为一种需要。带状注行波管的研究也是越来越受到重视，带状注电子光学系统则是其重要组成部分，对带状注行波管的性能有着很大的影响。目前带状注微波器件的主要难点在于带状注的传输聚焦方面，因此研究带状注电子光学系统就显得尤其必要。
　　本文对带状电子注的产生，传输和收集极都进行了深入的研究，其工作的主要内容如下：
　　一、总结了行波管带状注电子光学系统的基本结构与原理，以及带状注电子光学系统的基本理论，尤其是对几种聚焦磁场进行了聚焦理论的总结。
　　二、采用间接法和直接法产生带状电子注，用磁四极子对圆柱形电子注进行压缩得到带状电子注，分析了主要参数对电子注的形态的影响；然后设计了椭圆面阴极电子枪产生了带状电子注。
　　三、在带状电子注的聚焦传输上，研究设计了三种不同磁场对同一带状电子注的聚焦，包括均匀磁场、wiggler磁场和PCM磁场，分析了不同的电子轨迹形成的原因。总结了几种磁场对带状注的聚焦效果，分析了不同的应用情况。特别的提出了一种外侧凹槽 wiggler磁场用于聚焦间接法产生带状电子注，其优势明显，作用显著。
　　四、分别用两种不同的软件CST粒子工作室和MTSS对带状注的收集极进行设计研究，提出一种类菱形的两级降压收集极结构，仿真计算测试了其收集效果。并分析了采用降压收集极的原因以及静态流通条件下采用单级收集极的原因。
　　通过本文的研究，让带状注电子光学系统的设计形成了一个整体，使其设计过程更加清晰容易，也为带状电子注的研究奠定了重要的基础。

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第一章 绪 论

1.1 带状注行波管的历史与发展

1.2 微波管电子光学系统CAD的发展

1.3 本文的主要工作与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 带状注行波管电子光学系统的基本理论

2.1 带状注行波管的基本结构和工作原理

2.2 带状注行波管电子光学系统的基本方程

2.3 带状电子注的聚焦与传输

2.4 本章小结

第三章 带状注电子枪的设计与优化

3.1 圆柱形阴极电子枪的设计

3.2 椭圆形阴极电子枪的设计

3.3 本章小结

第四章 带状注传输特性研究

4.1均匀磁场聚焦系统的设计

4.2 wiggler聚焦系统的设计

4.3 PCM聚焦系统的设计

4.4 外侧凹槽的wiggler聚焦系统

4.5 本章小结

第五章 带状注收集极的设计

5.1 CST中带状注收集极的设计

5.2 MTSS中带状注收集极的设计

5.3 本章小结

第六章 总 结

6.1 全文工作总结

6.2 带状注行波管电子光学系统尚需进一步研究的问题

致谢

参考文献