帶狀電子束傳輸及聚焦方法的研究.pdf

1、隨著雷達、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)。通過研究發(fā)現(xiàn)帶狀電子束行波管能夠滿足這樣的需求，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)用主要是因為帶狀束有以下優(yōu)點：首先，它可以用非常小的橫向尺寸來傳輸大電流，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)，從而降低對聚焦磁場峰值的要求；同時，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，但是過去的幾十年中帶狀束的研究一度中斷。這主要是因為帶狀束聚焦一直是個難題，如果采用螺旋管磁場聚焦，則在傳輸過程中會產(chǎn)生Diocotron不穩(wěn)定現(xiàn)象。盡管帶狀電子束對聚焦磁場峰值的要求有所降低，但是它對聚焦方式的要求卻

3、很高。所以帶狀電子束的穩(wěn)定傳輸成為該類型行波管的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本文主要對橢圓帶狀電子束的傳輸穩(wěn)定性和聚焦方法進行分析。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。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。 針對橢圓截面，利用

4、PIC粒子模擬軟件分別研究了電子束各個參數(shù)對電子束Diocotron不穩(wěn)定性的影響。 分別從Wiggler和PCM磁場結(jié)構(gòu)；電子在兩種結(jié)構(gòu)磁場中傳輸；半無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)定性條件進行對比討論。在綜合考慮空間電荷力、聚焦力和發(fā)射度情況，對兩種結(jié)構(gòu)下，對橢圓電子束各個傳輸面上穩(wěn)定性進行分析。并采用三維粒子模擬軟件驗證理論分析的正確性。 因為Wiggler磁場和PCM磁場不能從根本上抑