帶狀電子束傳輸及聚焦方法的研究.pdf

1、隨著雷達(dá)、衛(wèi)星通信等技術(shù)的迅速發(fā)展，迫切需要新型的高功率和高頻率的毫米波器件的出現(xiàn)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)帶狀電子束行波管能夠滿(mǎn)足這樣的需求，而這需要一種能夠承載大電流的電子束源，帶狀電子束就是其中最重要的一種。從微波管到自由電子激光器和等離子體化學(xué)反應(yīng)堆，帶狀電子束對(duì)很多領(lǐng)域而言都是不可或缺的。帶狀電子束之所以得到廣泛的應(yīng)用主要是因?yàn)閹钍幸韵聝?yōu)點(diǎn)：首先，它可以用非常小的橫向尺寸來(lái)傳輸大電流，因而可以使毫米波器件產(chǎn)生高功率；其次，他能大大降低

2、空間電荷效應(yīng)，從而降低對(duì)聚焦磁場(chǎng)峰值的要求；同時(shí)，高頻率條件下器件尺寸應(yīng)該不斷減小，帶狀電子束能和平面慢波結(jié)構(gòu)結(jié)合得更加緊密，大大減小器件尺寸，從而使微波管的效率得到大大提高。 盡管帶狀電子束微波管有這么多的優(yōu)點(diǎn)，但是過(guò)去的幾十年中帶狀束的研究一度中斷。這主要是因?yàn)閹钍劢挂恢笔莻€(gè)難題，如果采用螺旋管磁場(chǎng)聚焦，則在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生Diocotron不穩(wěn)定現(xiàn)象。盡管帶狀電子束對(duì)聚焦磁場(chǎng)峰值的要求有所降低，但是它對(duì)聚焦方式的要求卻

3、很高。所以帶狀電子束的穩(wěn)定傳輸成為該類(lèi)型行波管的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本文主要對(duì)橢圓帶狀電子束的傳輸穩(wěn)定性和聚焦方法進(jìn)行分析。橢圓帶狀電子束與矩形帶狀電子束相比較能夠承載更大的電流，空間電荷電荷效應(yīng)也更弱。但是，橢圓帶狀電子束對(duì)聚焦方式的要求更加苛刻。 我們首先討論了帶狀束Diocotron形成理論，推導(dǎo)了橢圓帶狀電子束空間電荷場(chǎng)。并利用二維粒子模擬軟件觀察到了矩形和橢圓帶狀束Diocotron模。 針對(duì)橢圓截面，利用

4、PIC粒子模擬軟件分別研究了電子束各個(gè)參數(shù)對(duì)電子束Diocotron不穩(wěn)定性的影響。 分別從Wiggler和PCM磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)；電子在兩種結(jié)構(gòu)磁場(chǎng)中傳輸；半無(wú)限橢圓帶狀電子束單平面聚焦；以及電子束自在兩種結(jié)構(gòu)中傳輸穩(wěn)定性條件進(jìn)行對(duì)比討論。在綜合考慮空間電荷力、聚焦力和發(fā)射度情況，對(duì)兩種結(jié)構(gòu)下，對(duì)橢圓電子束各個(gè)傳輸面上穩(wěn)定性進(jìn)行分析。并采用三維粒子模擬軟件驗(yàn)證理論分析的正確性。 因?yàn)閃iggler磁場(chǎng)和PCM磁場(chǎng)不能從根本上抑