高功率毫米波Cherenkov器件研究

论文题目: 高功率毫米波Cherenkov器件研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学

作者: 王浩英

导师: 梁正,杨梓强

关键词: 高功率微波,线性理论,粒子模拟,实验

文献来源: 电子科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 高功率毫米波器件是高功率微波技术的一个重要方向,而Cherenkov器件是其中的一个重要分支,是目前国内外研究的热点。本文在国家自然科学基金及相关项目的资助下,对Cherenkov器件进行了比较深入、全面的研究,包括理论分析、粒子模拟和实验三个方面,取得了一批有价值的研究成果。首先利用场分析方法,采用线性理论,建立了通用的线性理论模型,编写了数值计算程序,对通用理论的有效性进行了讨论,并成功地用通用理论计算分析了三种典型的具有不同慢波结构形状的Cherenkov器件。该理论适用于分析具有任意周期性空心圆柱边界形状的Cherenkov器件中任意模式与相对论环形电子注的互作用,该理论拓展了前人的研究成果,对于高功率微波器件的发展具有现实的需求和意义。首次成功地将Gover提出的FEL理论推广到Cherenkov器件,给出了慢波结中任意模式与电子注互作用的小信号增益表达式,这是一个简洁而广泛的理论,通过将耦合系数κ作扩展,统一增益表达式可以用来描述各种形状的电子注与各种器件中任意模式的互作用,我们成功地用此理论分析了两种具有不同慢波结构形状的Cherenkov器件。在国内首次采用MAGIC程序对具有大口径、浅褶皱和短周期分段式慢波系统的毫米波相对论Cherenkov器件进行了粒子模拟研究。通过粒子模拟,观察到了电子注与电磁波相互作用的清晰的物理过程,研究了器件产生微波频率和功率随结构参数、束流参数和导引磁场的变化关系。模拟结果显示:相比单段慢波结构,分段式慢波结构中束波互作用产生的微波功率高,频谱质量好,具有分段式慢波结构的器件在束能550keV,束流5kA,半径1.45-1.65cm的环形电子注驱动下,微波输出功率可达1.2GW,工作模式为TM01模。另外还模拟研究了结构参数、束流参数和磁场参数对输出功率和频率的影响,获得了一些对实验有指导意义的模拟结果。在理论分析、PIC模拟的基础上,成功地进行了8毫米波段高功率Cherenkov器件的实验研究。高频结构使用了由漂移段隔开的两段慢波结构,慢波结构为

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 相对论Cherenkov器件的发展趋势

1.2 相对论Cherenkov器件理论研究概况

1.3 相对论Cherenkov器件实验研究概况

1.4 本论文的主要工作及创新

第二章线性理论分析

2.1 数理基础和物理模型

2.2 通用色散方程的推导

2.3 方法有效性的研究

2.4 数值计算结果分析

小结

第三章 Gover理论在Cherenkov器件中的应用

3.1 统一增益表达式的推导

3.2 统一增益表达式的讨论

3.3 数值计算和分析

小结

第四章高功率毫米波Cherenkov器件粒子模拟

4.1 MAGIC程序简介

4.2 基本结构及模拟结果分析

4.3 分段式慢波结构与均匀慢波结构的比较研究

4.4 结构参数的影响

4.4.1 第一、二慢波段周期数的影响

4.4.2 漂移段长度参数影响

4.5 电子束参数的影响

4.5.1 电压的影响

4.5.2 束流的影响

4.5.3 束流半径和厚度的影响

4.6 磁场对器件的影响

小结

第五章 8毫米波段相对论Cherenkov器件的实验研究

5.1 相对论Cherenkov器件实验系统

5.2 相对论Cherenkov器件实验

小结

第六章总结

参考文献

致谢

作者攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2005-09-23

参考文献

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高功率毫米波Cherenkov器件研究

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