300GHz回旋单腔管互作用系统研究

论文摘要

随着对各种微波器件研究的不断深入,在微波波段,微波器件得到了很大的发展和应用,但当工作频率提高至毫米波及亚毫米波波段时,由于结构,工艺材料和工作机理,普通微波管工作在这一频段遇到了极大的困难,提高工作效率以及输出功率上也遇到了严重的困难。回旋脉塞器件的出现,在机理上突破和解决了传统微波器件所遇到的困难,对毫米、亚毫米波波段的开拓和利用带来了新的希望和巨大的推动作用。回旋管是一类基于电子回旋谐振受激辐射机理的快波器件,工作频率范围宽,特别是在毫米和亚毫米波段,能产生高脉冲峰值功率与连续波功率。对于等离子体加热、先进加速器、雷达、通讯及电子对抗、微波武器等领域有很大应用价值,受到了世界各国的高度重视。近年来THz技术是国际学术界的研究热点,其中THz辐射源是研究的重点之一。由于THz波段处于毫米波与红外线之间,THz辐射的产生困难很大,目前THz源对于雷达、远距离探测、医学、实验等有重要的应用,都需要THz辐射源。粒子模拟方法(PIC)是计算物理领域中的一种重要方法,它对于研究线性和非线性物理过程的物理机制具有特别明显的优越性。尤其在研究一些暂态过程时提供了一种强有力的工具。在微波电子管(特别是回旋管和虚阴极微波发生器)中电子与波相互作用的研究中得到了很好的应用。本文以300GHz的回旋管为研究对象。研究的目的是在于为研究各参数间的关系,并选取一定的参数进行模拟,为THz辐射源的研究奠定一定的参考价值。本文首先对回旋管的结构和机理进行了理论分析,建立了采用电子运动方程、高频场方程的理论模型。在理论的研究的基础上,并通过相应的计算程序,进而得到谐振腔参数间的关系,并通过HFSS进行了冷腔模拟。最后对选取的一定的参数进行粒子仿真,得到了场分布图、电子群聚图、频谱图等相关数据,为太赫兹源的初期测试和制造提供有意义的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太赫兹的发展及应用
• 1.2 太赫兹源的产生方法
• 1.3 太赫兹回旋管的国内外的发展
• 1.4 学位论文的工作与贡献
• 第二章 回旋管的工作原理和理论基础
• 2.1 电子回旋脉塞
• 2.2 回旋管的结构与工作机理
• 2.3 回旋管理论
• 第三章 回旋管的理论分析
• 3.1 互作用场方程
• 3.2 电子运动方程
• 3.3 电子注与波互作用功率及起振电流的计算
• 第四章 单谐振腔的研究和冷腔模拟
• 4.1 腔体的研究
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 腔体结构和模式选择
• 4.2 电压和磁场的关系
• 4.3 速度比和电流、功率的关系
• 4.4 引导中心和起振电流的关系
• 4.5 起振电流和磁场的关系
• 第五章 单谐振腔的粒子模拟
• 5.1 模拟计算
• 5.2 300GHz单谐振腔一次谐波的粒子模拟
• 5.3 300GHz单谐振腔二次谐波的粒子模拟
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果