同轴波导环形相对论电子束空间极限电流

得到了1维条件下电子均匀分布时,环形电子束在同轴波导内轴向传输的空间极限电流解析表达式。通过讨论解析式在薄电子束和波导内导体半径为0等极限条件下的近似情况,分析了其合理性。在电子束非均匀分布的条件下,对空间极限电流进行了数值求解,并与解析计算结果进行了比较。理论研究表明:环形电子束在同轴波导内具有较圆柱波导内更高的空间极限电流,而且当电子束靠近波导壁时,空间极限电流会显著提高。

径向线内电子束的空间极限电流

为了对径向线内电子束的空间极限电流及相关物理参量进行分析,在径向方向无穷长与束流密度轴向均匀的假设条件下,对电势满足的线性泊松方程进行了解析求解,得到了空间极限电流的解析表达式,接下来对束流密度轴向非均匀分析条件下电势满足的非线性方程进行了数值求解,并与解析结果进行了对比。研究表明径向电子束具有较高的空间极限电流且当束流接近于极限电流传输时,束密度的非均匀性明显增加,相关结论可以为径向高功率微波器件的设计提供指导。

电子束空间极限电流的非线性理论研究

从电子束一维稳态传输的电势非线性Poisson方程出发,推导了圆柱波导内实心束和环形束空间极限电流与电子入射电势的依赖关系,给出了数值求解方法和解的特征,分析比较了数值计算与现有解析公式及粒子模拟的结果.考虑电子的横向运动,对数值方法进行了二维修正,计算结果与粒子模拟结果具有很好的一致性.说明利用数值方法计算电子电势非线性微分方程能够得到更精确的电子束在圆柱波导内的空间极限电流;另外,对其他形状的波导,尤其是难以得到解析式的情况,根据实际几何结构设置边界条件,数值方法可以方便地给出束流传输特性,对设计新型结构的高功率微波器件提供理论指导.

一种适用于相对论微波器件的新型超材料慢波结构讨论

本文对现有的超材料慢波结构进行了分析与讨论,并基于现有结构提出了适用于高功率微波源的新型慢波结构,讨论了场分布、双负特性、色散曲线和耦合阻抗,验证了该慢波结构在高功率条件下的工作潜力。但是实验中该结构存在空间极限电流低的问题,本文从影响空间极限电流的因素出发,讨论了提高空间极限电流的方案并进行了建模仿真,改进之后的慢波结构所能传输的空间极限电流理论上从5.78提升到7.88 kA,提升了36.33%,工作频点仅偏移0.32%,耦合阻抗大于75Ω,具有进一步工程应用的潜力。

层流平衡相对论电子束束流特性的数值计算

通过对层流平衡相对论电子的运动微分方程组进行数值求解,得到正则角动量在pθ=0,pθ=const.和pθ∝r2三种情况下,束流的传输特性.针对pθ=0的相对论实心电子束,利用数值求解得到了与解析方法一致的结果,从而验证了数值方法的合理性;针对无法用解析方法求解的pθ=0环行电子束、pθ=const.和pθ∝r2的情况,利用数值方法得到了束流和空间极限电流关于波导、电子束结构和二极管电压等参数的变化规律及对轴向导引磁场的要求.计算结果表明:当相对论电子束以层流平衡态传输时,环行束较实心束具有更高的空间极限电流和更低的轴向导引磁场,且当阴极发射面与导引磁场的磁场线垂直时,维持电子束层流平衡所需的轴向导引磁场最低;电子束在有限磁场导引下以层流平衡态传输时,空间极限电流明显大于无限大磁场导引下一维近似的情况.利用数值方法对层流平衡相对论电子束进行理论研究,更全面地揭示了电子束在正则角动量满足不同条件时的束流特性,为设计新型结构的高功率微波器件提供理论参考.