圓柱波導(dǎo)TM模式回旋自動諧振脈塞(CARM)的線性特性.pdf

1、回旋自動諧振脈塞(cyclotron autoresonance maser，CARM)作為強(qiáng)功率、高效率毫米亞毫米波源，結(jié)合了傳統(tǒng)回旋管和自由電子激光的優(yōu)點(diǎn)，在加速器、等離子體加熱、雷達(dá)、通信以及電子對抗等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，因此受到了國際上的高度重視。特別是在最近20年來，不管是在理論研究還是在實驗上都取得了很大的成績。其中研究得最多的是圓柱波導(dǎo)CARM振蕩器，并在實驗中取得了可觀的成績。關(guān)于CARM放大器，人們在理論上作過很多

2、研究，但從實驗方面而言，目前只有美國麻省理工學(xué)院有相關(guān)的報導(dǎo)。 以前，已有不少論文對TE模式的回旋器件像回旋管，回旋Peniotron管，回旋自諧振脈塞進(jìn)行過有成就的研究，但是對TM模式情況的關(guān)注卻很少。在回旋器件中，當(dāng)電磁波的縱向電場與相對論性電子束相互作用時，在縱向方向上將會對電子的運(yùn)動產(chǎn)生重要的影響。在回旋自諧振脈塞的機(jī)理中，電子的縱向動能抽成橫向動能，然后，通過束一波互作用將能量傳給電磁波，使電磁波得到放大。因此，原則上

3、回旋自諧振脈塞采用TM模式不僅是可行的，而且可能具有優(yōu)越性。 本碩士論文研究圓柱波導(dǎo)TM模式CARM放大器的色散特性，增長率以及不同的參數(shù)對輸出功率和增益的影響。通過對各個參數(shù)不斷的優(yōu)化，試圖探討出可以提高該類器件的輸出功率，以改善器件的性能。結(jié)果顯示，圓柱波導(dǎo)TM模式CARM放大器具有很高的輸出功率和增益，達(dá)到了我們預(yù)期的目標(biāo)。 本論文在第一章緒論中簡要介紹高功率微波應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀，和本論文的意義及主要內(nèi)容。

4、第二章闡述電子回旋脈塞機(jī)理和CARM的工作原理，在此基礎(chǔ)上論述圓柱波導(dǎo)TM模式CARM放大器的工作機(jī)理及可實現(xiàn)性。 第三章從電子回旋脈塞的回旋動力學(xué)理論入手，分析了電子與波互作用機(jī)理，分別根據(jù)圓柱波導(dǎo)CARM的回旋動力學(xué)理論和用基于麥克斯韋—伏拉索夫方程和拉普拉斯變換的線性理論，推導(dǎo)出電磁波的色散方程。然后利用FORTRAN語言分別編制出求解圓柱波導(dǎo)CARM放大器的色散方程的相關(guān)程序。 第四章通過對已有的圓柱波導(dǎo)CARM

5、放大器實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬，驗證了所編制程序的可靠性。 第五章分析了不同的參數(shù)對該器件的輸出功率和增益的影響。 第六章通過數(shù)值的計算分析和對參數(shù)不斷優(yōu)化，最后得出當(dāng)電磁波選取工作模式TM1，1工作頻率為35 GHz時，束一波互作用的長度是40cm,所設(shè)計的圓柱波導(dǎo)TM模式CARM放大器最大增益能達(dá)到87．94dB，從理論和數(shù)值模擬上為圓柱波導(dǎo)CARM放大器的理論研究和實驗研究提供參考。 最后，第七章對全文進(jìn)行總結(jié)