论文摘要
从微波管到气体激光激励装置和等离子体化学反应堆，片状或带状电子注对于许多的行业来说是必不可少的。如将带状电子注应用于微波管，那么它还有着明显的优点：首先就是带状注宽度可以无限延展，也就是说，理论上只要我们需要，我们可以无限增加带状注微波管的功率。而对于环形和圆柱形电子注来说，由于空间电荷力的影响，电子注密度并不能无限增加，功率也就受到一定的限制。同时由于高频率的微波器件，波长短，因而要求慢波结构或腔体截面减少。环形电子注受到空间电荷力的限制无法减少。而带状电子注器件能在毫米波波段工作。第二，带状电子注能和慢波结构更紧密的结合，距离更近，这样带状电子注微波管就有更高的效率。第三，用于带状注的矩形结构也好加工，易调试。第四，利用中等功率器件阵列能将带状微波器件制成高功率毫米波器件。第五，带状注器件体积小，能应用在对体积和质量有要求的航空，航天领域。虽然带状电子注微波管有这么多的优点，但是在过去50年的研究中却是环形和圆柱形电子注微波管占据主流。这是因为带状电子注不易聚焦，若是不聚焦，则空间电荷力会导致电子注发散，若是采用螺线管聚焦，则在传输过程中容易产生Diocotron模也称为Diocotron不稳定性。本文先从空间电荷波理论出发，推导出半无限电子注会在表面形成波动。然后，假设带状电子注可以分成多层的带状注。最后推导出Diocotron模的形成理论。为了使电子注不产生Diocotron模，我们参考圆柱形微波管用PPM聚焦，而假设用带状电子注的平板微波管也可以模仿PPM聚焦，即用闭合PCM聚焦。带入闭合PCM的磁场，对电子受力分析，在一个周期内积分后，发现势平衡，得到平衡力。对电子受力带入Diocotron模的形成理论，能得到带状电子注不产生Diocotron模的条件。但是闭合PCM结构并不能使得水平和垂直两个方向上电子注都聚焦，不产生Diocotron模。于是我们又改进闭合PCM结构为开放PCM结构，并分析了开放PCM结构，利用开放PCM结构使得电子注在水平方向也能聚焦。利用MAGIC的二维模拟程序，假设z=u0t（也就是说知道电子速度u0的情况下，t时刻就是位置在z的电子注的截面），我们对无限宽带状注和在波导中的带状注在螺线管磁场下进行了模拟，研究了Diocotron模，观测了各个参数对Diocotron模的影响。利用三维粒子模拟程序，验证了部分二维的模拟结果。然后又模拟了在闭合PCM的情况下无限宽带状电子注和波导中带状电子注的运动。模拟结果表明，能够利用PCM来消除Diocotron模。
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