高功率回旋管高頻結(jié)構分析與研究.pdf

1、毫米波、亞毫米波具有波長短、頻帶寬、波束窄、通信容量大、存在大氣窗口等優(yōu)點。正是其獨特性能，使其成為近年來各國科學家和學者研究的熱點之一。然而，基于相對論質(zhì)量效應的電子回旋脈塞（ECRM）機理發(fā)展的回旋器件可在毫米波、亞毫米波甚至太赫茲波段實現(xiàn)高功率電磁輻射輸出，從而填補了激光器和傳統(tǒng)微波器件在毫米波和亞毫米波段的缺口，具有其它器件無可比擬的獨特優(yōu)點。這使其在熱核聚變、毫米波通信、毫米波成像雷達、電磁對抗、定向能武器、特殊材料制備加工和

2、生物醫(yī)學等方面都有著十分重要的應用前景，并成為國內(nèi)外電子器件的研究前沿和熱點。
　　在國際熱核聚變的推動下，高功率、高頻率回旋管是目前回旋管家族中發(fā)展最為迅速、最為成熟、取得成果最多的回旋器件。回旋管的高頻結(jié)構是電子注與電磁波實現(xiàn)能量交換的重要場所，決定了回旋管的工作性能和互作用效率。本論文基于回旋管線性理論以及自洽非線性理論等理論，對回旋管高頻結(jié)構進行分析研究。本論文的主要內(nèi)容如下：
　　1、研究分析了電子回旋脈塞機理,并

3、根據(jù)自洽非線性理論理論，對無源和有源多模一階傳輸線方程進行推導，并且對其進行數(shù)值化處理。利用計算機語言基于自洽非線性理論和耦合波理論，結(jié)合邊界條件，編寫了回旋管高頻結(jié)構設計冷腔數(shù)值計算程序和熱腔數(shù)值模擬程序。利用自編的程序和商用電磁仿真軟件對文獻報道的高頻結(jié)構進行數(shù)值計算,對比計算結(jié)果以驗證自編程序。
　　2、利用自編的冷腔數(shù)值計算程序設計一個工作頻率為170GHz回旋管的三段式高頻結(jié)構，并利用該軟件分析該腔體各個部分結(jié)構參數(shù)對該

4、腔體高頻特性的影響,以便優(yōu)化出合適的高頻結(jié)構。
　　3、利用線性理論，編寫回旋管高頻結(jié)構的色散方程、耦合系數(shù)、起振電流數(shù)值計算程序。借助編好的程序?qū)υ撉惑w的色散方程、耦合系數(shù)、起振電流進行分析，為熱腔數(shù)值模擬計算提供初值。
　　4、利用熱腔數(shù)值模擬程序?qū)υO計好的高頻結(jié)構進行數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過程中，分析了磁場強度、電子橫縱速度比、引導中心半徑、電壓和電流變化時對注波互作用效率的影響。最終，得到最佳的工作條件，使該回旋管互作