帶狀電子注在Wiggler磁場(chǎng)中的傳輸特性研究.pdf

1、二十世紀(jì)八十年代末以來(lái)，隨著電子對(duì)抗、衛(wèi)星通信，深空探測(cè)、高分辨雷達(dá)、遙感遙測(cè)、精確制導(dǎo)、加速器等對(duì)高功率毫米波器件的迫切需求，人們就迫切需要尋求一種大電流的電子注源，而帶狀電子注就是其中最為重要的一種。從微波管到自由電子激光器和等離子體化學(xué)反應(yīng)堆，帶狀電子注對(duì)于許多行業(yè)來(lái)說(shuō)是必不可少的。帶狀電子注毫米波器件得到如此廣泛的研究是由于帶狀電子注具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。它可以以非常小的橫向尺寸來(lái)傳輸大的電流，因而可以使毫米波器件產(chǎn)生高功率；它可以

2、大大降低空間電荷效應(yīng)，從而降低對(duì)聚焦系統(tǒng)的要求；同時(shí)由于高頻率的微波器件，波長(zhǎng)短，因而要求慢波結(jié)構(gòu)或腔體截面減少。環(huán)形電子注受到空間電荷力的限制無(wú)法減少，而帶狀電子注器件能在毫米波波段工作；帶狀電子注能和慢波結(jié)構(gòu)更緊密的結(jié)合，距離更近，這樣帶狀電子注微波管就有更高的效率。 盡管帶狀電子注微波管有這么多的優(yōu)點(diǎn)，然而在過(guò)去50年的研究中卻是環(huán)形和圓柱形微波管占據(jù)主流。這是因?yàn)閹铍娮幼⒉蝗菀拙劢?，若是不聚焦，則空間電荷力會(huì)導(dǎo)致電子注

3、發(fā)散，若是采用螺線(xiàn)管聚焦，則在傳輸過(guò)程中容易產(chǎn)生Diocotron不穩(wěn)定性。本文先從空間電荷波理論出發(fā)，推導(dǎo)出半無(wú)限電子注會(huì)在表面形成波動(dòng)。然后，假設(shè)帶狀電子注可以分成多層的帶狀注，最后推導(dǎo)出Diocotron不穩(wěn)定性的形成理論。 為了使電子注不產(chǎn)生Diocotron不穩(wěn)定性，參考圓柱形微波管用PPM聚焦，而假設(shè)用帶狀電子注的平板微波管也可以模仿PPM聚焦，即用周期Wiggler磁場(chǎng)聚焦?？紤]了帶狀電子注的空間電荷力和由發(fā)射度引

4、起的發(fā)散力，用Wiggler磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了自然聚焦，即單平面聚焦。得出電子注的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)方程、帶狀電子注不產(chǎn)生Diocotron不穩(wěn)定性的條件，理論上分析了帶狀Wiggler磁場(chǎng)能夠聚焦帶狀電子注。 利用三維粒子模擬程序，假設(shè)z=-u0t(也就是說(shuō)知道電子速度-u0的情況下，t時(shí)刻就是位置在z的電子注的截面)，對(duì)帶狀電子注在螺線(xiàn)管磁場(chǎng)下進(jìn)行了二維和三維粒子模擬，研究了Diocotron不穩(wěn)定性，并觀測(cè)了各個(gè)參數(shù)對(duì)Diocotron不穩(wěn)