周期性介質(zhì)切倫柯夫脈塞的研究.pdf

1、本文首先對切倫柯夫輻射現(xiàn)象作了簡單的解釋，用數(shù)值模擬程序模擬了帶電粒子團(tuán)在介質(zhì)中的輻射圖像，畫出了電子注通過介質(zhì)表面時(shí)產(chǎn)生的輻射圖，隨后分析了注波相互作用的物理機(jī)制，并且利用線性自洽理論，先在普遍情況下討論了擾動電磁場作用下的電子三維擾動，然后就介質(zhì)切倫柯夫脈塞中常用的兩種相對論電子注，即環(huán)形相對論電子注和實(shí)心相對論電子注的注波互作用進(jìn)行了詳細(xì)分析，分別得出了對應(yīng)于這兩種相對論電子注的注波互作用色散方程，畫出了色散曲線，得出了波導(dǎo)模式和

2、電子注模式的注波互作用同步點(diǎn)，求出了波增長率，得出增長率與加速電壓、加速電流、以及相對介電常數(shù)的關(guān)系；并且考慮了在有無縱向引導(dǎo)磁場的情況下，電子的三維擾動速度和三維擾動電流密度對介質(zhì)切倫柯夫脈塞注波互作用的影響；結(jié)果表明輸出頻率隨著介質(zhì)膜片厚度的減少而增加，但是同時(shí)輸出功率也會隨著介質(zhì)的變薄而急劇降低，這就需要對于圓柱筒介質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，使得在提高輸出頻率的同時(shí)不降低輸出功率，這就導(dǎo)致了周期性介質(zhì)切倫柯夫脈塞的產(chǎn)生。 其次通

3、過對周期性介質(zhì)切倫柯夫脈塞的分析，使用等效電容的方法將周期性介質(zhì)等效為均勻的各向異性圓柱筒介質(zhì)，利用各向異性介質(zhì)中的波動方程以及場匹配方法，推導(dǎo)出了注波互作用色散方程，畫出了色散曲線，并且求出了波的增長率。并將周期性介質(zhì)的色散曲線、波增長率與圓柱筒介質(zhì)的色散曲線、波增長率進(jìn)行比較；研究發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)比較重要的結(jié)果：第一在相同的輸入?yún)?shù)下，周期性介質(zhì)的色散曲線相對于圓柱筒介質(zhì)的色散曲線要上移許多，甚至超過了圓柱筒介質(zhì)的高次模式曲線，所以將會產(chǎn)生

4、更高頻率的輸出，同時(shí)也不會降低輸出功率；第二微波頻率和輸出功率隨著介質(zhì)周期的變化而變化，通過調(diào)整周期中介質(zhì)所占的比例(即相當(dāng)于調(diào)整縱向介電常數(shù)和橫向介電常數(shù))來調(diào)整輸出頻率和功率，使研制出高頻率微波器件成為可能。 最后利用粒子模擬程序分別對圓柱筒介質(zhì)和周期性介質(zhì)進(jìn)行冷腔的特性測試，得到了脈塞的傳輸特性和場分布圖。對圓柱筒介質(zhì)和周期性介質(zhì)進(jìn)行熱腔的數(shù)值模擬、并且詳細(xì)記錄了微波產(chǎn)生、放大、飽和過程中的各種參數(shù)；并與前面由色散曲線得到