双频双电子注高功率相对论返波振荡器的研究

论文摘要

高功率微波源是各种高功率微波系统的核心部件,传统的高功率微波源只能产生一个频率的微波输出。按照高功率微波的作用机理,如果把由双频微波波束产生的拍波去攻击电子系统,将会大大降低高功率微波效应破坏阀值。本文研究和探讨了能够产生双频微波输出的相对论返波管,提出采用同轴双波纹结构作为返波管的互作用腔,并通过发射双电子注,让两个电子注激励起两个模式并与之发生互作用,从而达到产生双频微波输出的目的。本文的主要研究内容包括以下几个方面:1.详细介绍了高功率微波源的历史及其在科研和军事领域的相关应用。概括了双频及多频相对论返波管在国内外的最新研究动态,阐述了双频相对论返波管的研究目的和意义。2.阐述了相对论返波管的工作原理,在其基础上引出了具有同轴双波纹慢波结构的相对论返波管,并探讨了其工作机理。3.运用场匹配法,求解出了同轴双波纹慢波结构的色散曲线,在此基础上讨论了慢波结构和色散曲线的之间的相互关系,并通过HFSS建立模型,对同轴双波纹慢波结构进行冷腔仿真,验证了数值求解色散曲线的准确性。4.讨论了粒子模拟的方法,然后在CHIPIC中建立粒子模拟模型,即采用内外导体波纹同轴结构,通过发射双电子注与之相互作用,得到双频的微波输出。5.从模式耦合理论观点出发,初步推导出了双电子注相对论返波管的模式耦合方程,在推导过程中考虑了相对论效应的影响,并对其做出了相应的修正。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 高功率微波源的分类
• 1.3 高功率相对论返波振荡器的研究进展
• 1.4 双频相对论返波振荡器的研究动态
• 1.5 本课题研究的目的和意义
• 1.6 本文的主要内容
• 第二章 返波管的工作原理和器件建模
• 2.1 返波管的慢波系统
• 2.1.1 自激振荡对返波管慢波电路的色散要求
• 2.1.2 负色散空间谐波的条件
• 2.1.3 宽频带电子调谐的条件
• 2.2 返波管的工作原理
• 2.2.1 返波管中反馈回路
• 2.2.2 反馈需要满足的相位条件
• 2.3 返波管的工作特点
• 2.3.1 结构特点
• 2.3.2 返波管的振荡区
• 2.3.3 返波管的电子调谐
• 2.4 同轴双波纹相对论返波管
• 2.5 本章小结
• 第三章 双频双电子注相对论返波管的冷腔特性分析
• 3.1 同轴双波纹慢波结构色散方程的推导
• 3.2 数值求解步骤
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 导体半径变化对色散曲线的影响
• 3.3.2 导体波纹幅值变化对色散曲线的影响
• 3.3.3 周期长度变化对色散曲线的影响
• 3.4 模拟软件HFSS 对同轴双波纹慢波结构的冷腔仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 双频双电子注相对论返波管的粒子模拟
• 4.1 粒子模拟方法
• 4.2 双频粒子模拟
• 4.2.1 双频模拟结果及分析
• 4.2.2 输入电压对双频模拟结果的影响
• 4.2.3 导体半径对双频模拟结果的影响
• 4.2.4 波纹幅值对双频模拟结果的影响
• 4.2.5 周期长度对双频模拟结果的影响
• 4.3 三频粒子模拟
• 4.4 本章小结
• 第五章 双电子注相对论返波管模式耦合方程的推导
• 5.1 双电子注与线路波模式耦合方程的初步推导
• 5.2 双电子注相对论返波管模式耦合方程的初步推导
• 5.3 单双电子注相对论返波管模式耦合方程的讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文简要回顾
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果