强流相对论电子束传输特性的研究

论文摘要

大多数高功率微波源,都是利用电子束与微波相互作用,将束电子的部分能量转化为微波场的能量,使微波功率得到放大,从而使高功率微波的产生有了可能。因此电子束的发射和传输规律对微波器件的研究非常重要。鉴于研究束电子运动特性和束波相互作用的物理机制的重要意义,本文试图从初步理论分析、粒子模拟、数值计算三个方面入手,对电子束在轴向发射和径向发射条件下的运动规律进行了研究,得到了合理而有价值的结果,从而为微波源的设计提供有意义的理论指导。在理论分析中,初步分析了轴向发射条件下电子在二极管区域和漂移区的运动规律,电子径向动量随着外加磁场变化的规律,以及电子束电流随着外加磁场的变化规律,还有二极管区域磁场优化的可能性;分别研究了有轴向磁场时以及有角向磁场时径向发射的电子在光滑阳极结构中的运动规律,最后分析了在轴向和角向复合磁场中电子的运动规律。本文特点之一就是采用粒子模拟和数值计算相结合的方法进行仿真计算,分别得到了轴向发射条件下电子在二极管区域和漂移区的轨迹,径向发射条件下电子在角向磁场、轴向磁场、角向和轴向复合磁场中电子的运动轨迹,分别编制了三个二维电子轨迹计算程序和两个三维电子轨迹计算程序,最后将粒子模拟和数值计算得到的结果进行了对比,得到了较为满意的结果。最后,本文在总结电子轴向、径向和角向运动基本规律的基础上,从电子运动的角度提出了高效率束波相互作用慢波结构的设计思路,为微波源的设计提供了一些有益的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电子束二极管简介
• 1.1.1 电子束二极管发展简介
• 1.1.2 电子束二极管分类
• 1.2 电子束轴向发射
• 1.2.1 轴向发射电子束的传输
• 1.2.2 二极管区域外加磁场的优化
• 1.3 电子束径向发射
• 1.3.1 磁控管中电子的运动
• 1.3.2 MILO 中电子的运动
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.4.1 初步理论分析
• 1.4.2 数值计算
• 1.4.3 粒子模拟
• 第二章 轴向发射电子束传输特性的研究
• 2.1 轴向均匀磁场条件下电子束的传输
• 2.1.1 电子束波动分析
• 2.1.2 电子束波动的数值求解
• 2.1.3 传输电流
• 2.1.4 结论
• 2.2 优化轴向磁场条件下电子束的传输
• 2.2.1 磁场优化的数值计算准备
• 2.2.2 优化轴向磁场和轴向均匀磁场条件下电子束传输的比较
• 2.2.3 结论
• 第三章 径向发射电子的传输特性的研究
• 3.1 有轴向磁场条件下径向发射电子运动特性的研究
• 3.1.1 磁控管中电子运动理论分析
• 3.1.2 平滑阳极结构中电子运动的数值求解
• 3.1.3 问题讨论
• 3.2 有角向磁场条件下径向发射电子运动的特性研究
• 3.2.1 MILO 中电子运动理论分析
• 3.2.2 平滑阳极结构中相对论电子运动的数值求解
• 3.2.3 问题讨论
• 3.3 复合磁场条件下径向发射电子运动特性的研究
• 3.3.1 圆柱二极管中电子运动特性的理论分析
• 3.3.2 圆柱二极管中电子运动特性的数值求解
• 3.3.3 问题讨论
• 3.3.4 结论
• 第四章 微波源慢波结构的设计探讨
• 4.1 轴向慢波结构设计探讨
• 4.2 正交场器件慢波结构的设计探讨
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 读研期间发表（或者录用）的论文
• 附录二 三维程序