發(fā)布時(shí)間：2019-11-15 04:15

【摘要】：在高功率微波的發(fā)展過程中,高功率、高頻率、高效率和小型化成為大多數(shù)高功率微波源的發(fā)展方向,隨著微波頻率的提高,器件的尺寸將逐步減小,較小的空間使得器件的饋入功率容量受到限制。相同條件下增加電壓或電流雖然可以解決饋入功率減小的問題,但將引起絕緣設(shè)計(jì)的困難,同時(shí)束流密度的增加將導(dǎo)致束波轉(zhuǎn)換效率減小和引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)重量和功耗的增加。徑向電子束由于具有較大的發(fā)射截面,相同輸入功率下較低的電流密度可以使系統(tǒng)具有較高束波轉(zhuǎn)換效率的潛力,同時(shí)避免了過大的束流密度對(duì)引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)和微波源性能的不利影響,因此對(duì)高功率微波源中使用徑向電子束開展研究具有重要的意義。徑向電子束的產(chǎn)生與傳輸是徑向電子束微波源研究中需要首先解決的問題,而對(duì)于該問題的研究和報(bào)導(dǎo)相對(duì)較少,在此背景下,本文對(duì)產(chǎn)生徑向電子束的同軸無箔二極管和聚焦徑向束流傳輸?shù)囊龑?dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并就徑向電子束產(chǎn)生與傳輸中的相關(guān)問題開展了研究,論文的研究?jī)?nèi)容主要包含以下幾個(gè)方面:首先對(duì)徑向電子束的產(chǎn)生進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了一種產(chǎn)生徑向電子束的同軸無箔二極管結(jié)構(gòu),對(duì)二極管的I-V關(guān)系、阻抗特性和發(fā)射電流特性進(jìn)行了仿真分析和數(shù)值計(jì)算,進(jìn)一步對(duì)二極管絕緣子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì);分析了二極管內(nèi)角向磁場(chǎng)空間分布的非對(duì)稱特性,結(jié)合單電子運(yùn)動(dòng)理論對(duì)徑向電子束的偏移特性進(jìn)行了理論分析,進(jìn)一步分析了相同輸入功率下二極管阻抗和束流偏移幅值的關(guān)系。其次對(duì)徑向線內(nèi)電子束的空間極限電流進(jìn)行了研究。建立了徑向電子束的空間電荷場(chǎng)模型,通過求解徑向線內(nèi)電勢(shì)滿足的泊松方程和邊界條件,得到了徑向電子束的電勢(shì)、電場(chǎng)分布和空間電荷限制流的解析表達(dá)式;接下來對(duì)電勢(shì)滿足的非線性方程進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,求解得到了該條件下的空間電荷限制流;最后將兩種求解結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,給出了徑向線結(jié)構(gòu)和束流參數(shù)對(duì)空間電荷限制流和空間電荷場(chǎng)的影響規(guī)律,對(duì)束流密度在截面上的非均勻分布特性進(jìn)行了分析。接下來對(duì)浸沒式聚焦徑向電子束進(jìn)行了研究。首先分析了螺線盤產(chǎn)生磁場(chǎng)的空間分布特性,研究了單根線圈、單層螺線盤和多層螺線盤的空間磁場(chǎng)分布規(guī)律;建立了浸沒式聚焦徑向電子束的傳輸模型,根據(jù)單電子運(yùn)動(dòng)理論對(duì)浸沒式聚焦徑向電子束的束流傳輸特性進(jìn)行了理論分析,并給出了所需引導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度和二極管阻抗的關(guān)系,進(jìn)一步研究了浸沒式聚焦方式下束流偏移可忽略的條件;設(shè)計(jì)了一種螺線盤聚焦徑向電子束的引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng),在束流參數(shù)為電壓300kV,電流7.3kA的條件下獲得了徑向100mm范圍內(nèi)穩(wěn)定的束流傳輸;接下來分析了磁場(chǎng)軸向分量和初始端磁場(chǎng)分布的均勻性對(duì)束流傳輸?shù)挠绊?并設(shè)計(jì)了 一種螺線盤和永磁體混合聚焦的引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng),在電壓300kV,電流7.5kA的束流參數(shù)下實(shí)現(xiàn)了徑向100mm范圍內(nèi)的穩(wěn)定束流傳輸。最后對(duì)非浸沒式聚焦徑向電子束進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了一種帶聚焦電極的同軸無箔二極管,分析了徑向電子束在無引導(dǎo)磁場(chǎng)條件下的束流偏移幅值和二極管阻抗的關(guān)系;理論分析了非浸沒式聚焦徑向電子束的束流傳輸特性,給出了電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力過程,進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種由線圈和屏蔽板組成的非浸沒式聚焦系統(tǒng),仿真研究了非浸沒式聚焦徑向電子束的傳輸過程;接下來數(shù)值分析了有限長(zhǎng)陰極桿電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布規(guī)律,理論分析了雙端饋入電流模型的誤差,給出了陰極桿長(zhǎng)度對(duì)非浸沒式聚焦徑向電子束的影響規(guī)律;最后理論分析了徑向周期磁場(chǎng)聚焦徑向電子束的基本原理;對(duì)靜態(tài)理想電子束在周期磁場(chǎng)下的傳輸過程進(jìn)行了仿真研究,進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種周期永磁聚焦系統(tǒng),對(duì)二極管產(chǎn)生的電壓200kV,電流100A的徑向電子束在徑向周期永磁聚焦系統(tǒng)下的束流傳輸特性進(jìn)行了仿真研究,分析了周期磁場(chǎng)的幅值對(duì)束流軌跡的影響。
【圖文】：

電子束由速度調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏日{(diào)制的過程是在漂移管中依靠電子的慣性逡逑運(yùn)動(dòng)完成的，由于漂移管是一個(gè)等位空間，當(dāng)忽略空間電荷場(chǎng)時(shí)，電子在漂移逡逑管內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度不變，到達(dá)某一點(diǎn)的位置與時(shí)間關(guān)系可以繪成如圖１－３所示的電逡逑子時(shí)空?qǐng)D形。電子由于速度受到高頻場(chǎng)的調(diào)制，在漂移空間中會(huì)發(fā)生相互追趕逡逑的現(xiàn)象，速度快的電子會(huì)追上速度慢的電子，最終會(huì)在同一時(shí)刻到達(dá)漂移空間逡逑的某一點(diǎn)，即圖中直線相交的部分，大量的電子在這一點(diǎn)集中，電子在漂移管逡逑中形成群聚塊的過程稱為電子群聚。逡逑ｆｔ邋＿逡逑－邐邐＾＾邋ａｉ逡逑’？邐ｕ邐邐９。邐逡逑圖１－２電子在間隙內(nèi)運(yùn)動(dòng)示意圖邐圖１－３電子的時(shí)間一空間圖逡逑正弦速度調(diào)制的電子注在漂移空間引起了正弦電流調(diào)制，進(jìn)而在輸出腔中逡逑激勵(lì)起感應(yīng)電流。由于諧振腔具有頻率選擇特性，速調(diào)管的腔體總是設(shè)計(jì)在信逡逑號(hào)頻率上的，，高次諧波電流由于頻率是信號(hào)頻率的＃倍，并不能在腔中建立逡逑

電子束由速度調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏日{(diào)制的過程是在漂移管中依靠電子的慣性逡逑運(yùn)動(dòng)完成的，由于漂移管是一個(gè)等位空間，當(dāng)忽略空間電荷場(chǎng)時(shí)，電子在漂移逡逑管內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度不變，到達(dá)某一點(diǎn)的位置與時(shí)間關(guān)系可以繪成如圖１－３所示的電逡逑子時(shí)空?qǐng)D形。電子由于速度受到高頻場(chǎng)的調(diào)制，在漂移空間中會(huì)發(fā)生相互追趕逡逑的現(xiàn)象，速度快的電子會(huì)追上速度慢的電子，最終會(huì)在同一時(shí)刻到達(dá)漂移空間逡逑的某一點(diǎn)，即圖中直線相交的部分，大量的電子在這一點(diǎn)集中，電子在漂移管逡逑中形成群聚塊的過程稱為電子群聚。逡逑ｆｔ邋＿逡逑－邐邐＾＾邋ａｉ逡逑’？邐ｕ邐邐９。邐逡逑圖１－２電子在間隙內(nèi)運(yùn)動(dòng)示意圖邐圖１－３電子的時(shí)間一空間圖逡逑正弦速度調(diào)制的電子注在漂移空間引起了正弦電流調(diào)制，進(jìn)而在輸出腔中逡逑激勵(lì)起感應(yīng)電流。由于諧振腔具有頻率選擇特性，速調(diào)管的腔體總是設(shè)計(jì)在信逡逑號(hào)頻率上的，高次諧波電流由于頻率是信號(hào)頻率的＃倍，并不能在腔中建立逡逑
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN101

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡祥剛;宋瑋;李蘭凱;李小澤;朱曉欣;譚維兵;張立剛;沈志遠(yuǎn);寧齊;梁旭;;用于高功率微波器件的永磁體的設(shè)計(jì)和測(cè)試[J];強(qiáng)激光與粒子束;2016年03期

2 向飛;吳平;曾凡光;王淦平;李春霞;鞠炳全;;強(qiáng)流碳納米管陰極快脈沖重頻發(fā)射特性[J];物理學(xué)報(bào);2015年16期

3 王樹忠;阮存軍;楊修東;趙鼎;張長(zhǎng)青;董玉和;;W波段分布作用速調(diào)管電子光學(xué)系統(tǒng)的研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2014年08期

4 向飛;汪國雄;黃華;;長(zhǎng)脈沖強(qiáng)流碳納米管陰極重頻發(fā)射特性初步研究[J];微波學(xué)報(bào);2014年S1期

5 馬勛;鄧建軍;姜蘋;劉宏偉;李洪濤;;重復(fù)頻率爆炸發(fā)射陰極現(xiàn)狀及展望[J];強(qiáng)激光與粒子束;2013年02期

6 曹亦兵;賀軍濤;張建德;令鈞溥;;低阻無箔渡越輻射振蕩器勵(lì)磁系統(tǒng)[J];強(qiáng)激光與粒子束;2012年11期

7 劉振幫;金曉;黃華;陳懷璧;王淦平;;X波段同軸多注相對(duì)論速調(diào)管放大器的初步實(shí)驗(yàn)研究[J];物理學(xué)報(bào);2012年23期

8 王勇;張瑞;范俊杰;劉文鑫;

本文編號(hào)：2561140