论文摘要
等离子体加载微波器件能显著地改善带宽、效率和功率等综合性能,并且可以降低或省去外部聚焦磁场。目前等离子体微波器件主要有等离子体加载返波管、等离子体辅助慢波振荡器、等离子体行波管等,并已由此形成等离子体微波电子学科,这一新学科具有独特的理论研究方法与实验技术,已成为国际上非常活跃的研究领域。本论文对等离子体加载耦合腔行波管一维注波互作用过程大信号特性进行了分析讨论。主要内容有:应用瓦因斯坦波导激励模型,在忽略电子速度弥散,横向运动以及相对论效应的情况下,建立分析了在有限聚焦磁场下等离子体填充耦合腔慢波结构的互作用一维模型,导出了一维非线性注波互作用工作组方程,为理论分析等离子体填充行波管提供了一定的依据。采用Rung-Kutta算法,应用Matlab编程实现了大信号特性的仿真。由数值分析结果可知,当填充有一定密度的等离子体时,在超过20%的带宽上,效率可达到40%以上,比真空中耦合腔行波管的效率有了很大的提高。同时分析了压制系数对互作用效率的影响,发现在考虑空间电荷场效应的情况,电子超越的距离缩短,互作用效率提高,增益变大。应用粒子模拟软件MAGIC,对未填充等离子体时的耦合腔慢波结构色散特性以及模式分布进行了仿真,详细分析了各个结构参数对冷腔下的色散特性的影响,以及π模、3π2模、2π模时电场和磁场的分布,为进一步研究注波互作用打下了基础。同时还对加载等离体后,色散特性的变化作了初步的实验仿真,根据实验分析结果,在等离子体密度低于真空腔通带的最低频率时,通带曲线随等离子体密度增加而上移,当等离子密度达到一定值,腔模和等离子体模相耦合,在整个频谱上都充满谐振点,之间几乎没有禁带,工作带宽有着显著的提高。
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标签：耦合腔慢波结构论文; 等离子体论文; 非线性注波互作用论文;