110GHz回旋振荡管的设计与研究

摘要

高功率微波领域的研究要追溯到上个世纪70年代，起初该领域是一个边缘化的研究领域。但是随着技术的进步，工艺水平的提升，以及科学实验的研究、军事装备的升级等，高功率和高频率的微波信号源显得越来越重要，这也推动了高功率微波科学的迅猛发展。现代各个主要国家也在高功率器件的研究上投入大量人力物力。现在能在毫米波段提供高功率，并在各种设备中作为高功率微波信号源的器件中最为常见的就是大功率真空回旋管。它是利用电子束回旋的不稳定性和电子回旋谐振受激辐射的机理实现微波的放大与振荡的微波器件。在等离子加热、雷达、通信、电子对抗、微波武器等方面有着广泛的运用。
　　在国际核聚变反应堆(ITER)计划的推动下，110GHz，140GHz，170GHz等频段的回旋管的输出功率已经达到了兆瓦级。本论文针对110GHz渐变复合腔回旋振荡管进行了设计与研究，研究内容如下：
　　（1）在多模的情况下，利用模式耦合理论，对用于110GHz回旋管的渐变复合腔高频特性进行研究。利用所学的理论知识和模拟仿真软件给出110GHz渐变复合腔的冷腔尺寸，并简单分析了各种尺寸参数变化对110GHz渐变复合腔高频特性的影响，为以后设计研究做好铺垫。
　　（2）利用模拟软件对用于110GHz回旋振荡管渐变复合腔中的注-波的互作用自洽非线性数值模拟进行大量的计算，研究。并着重分析了电压，电流，磁场系数，速度比以及腔长对复合腔的互作用效率的影响。另外，还分析了110GHz回旋管中的模式分布。最后，给出了用于110GHz回旋振荡管的百千瓦量级渐变复合腔电参量和设计参量。

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第一章 引言

1.1 回旋管发展的基本情况

1.2 电子回旋脉塞

1.3 回旋振荡管及其发展

1.4复合腔回旋管振荡器的注-波互作用理论概述及发展

1.5学位论文的主要工作

第二章 回旋振荡管的线性理论分析

2.1 耦合方程

2.2电子注与波互作用功率及起振电流的计

第三章 渐变复合腔高频特性的研究

3.1 耦合方程

3.2渐变复合腔模式的选定

3.3 尺寸参数变化对高频特性影响的研究

第四章 渐变复合腔回旋管的多模自洽非线性理论

4.1 电子运动方程

4.2 互作用波方程

第五章 渐变复合腔回旋管的自洽非线性模拟

5.1 多模注一波互作用数值模拟的模型

5.2 多模注-波互作用模拟与分析

5.3 电流对注-波互作用的影响

5.4 磁场系数与注-波互作用的关系

5.5速度比对互作用的影响

5.6电压变化对互作用影响

5.7腔Ⅱ长度变化对互作用的影响

5.8渐变腔中各种模式的场分布

第六章110GHz渐变复合腔回旋振荡管初步设计方案

结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果