等离子体填充耦合腔行波管非线性注波互作用-分析

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1、ABSl]RCTfrequencyspectrum，andthereisnotforbiddenregion,thebandwidthisimprovedsignificantly．Keyword：CCTWT，plasma，nonlinearbeam-waveinteraction111独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同

2、志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：重虫丑日期：砌7年∥月胪日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：壹受J盈．导师签名：鲨皇拯日期：即7年石月13日第一章绪论1．1引言第一章绪论对于电子驱动的微波源中存在等离子体可能会起

3、到不利的作用，但是也可以起到有利的作用。起初在微波管的设计中，工程师们都尽力将微波管中等离子体形成的可能性降至最小，因此，磁控管、速调管、返波振荡器和行波管等常规微波管一般都运行在真空密封腔中，通常背景气体为10．9Torr一10．7Tort"。尽管在此严格的条件下，管内仍然会残留一些气体。在连续波的工作下，这些气体就会被电子束所电离，电离度可达到100％，形成非期望的背景电离气体(等离子体)，导致局部等离子体密度可高达109cm．3。这是在微波管设计中所不期望的，因为即使在低等离子体密度下，被加速的离子流也可能会使阴极受到碰撞而损坏。由于等

4、离子体是一种不均匀的、各向异性的、耗散、不稳定和有噪声的气体，当这种不需要的等离子体密度增加到接近电子束密度时，情况会变得更坏。对于微波真空电子学领域来说，微波管中任何等离子的存在都会降低器件的性能，并缩短器件的寿命。更重要的是，真空度较差的微波源中非预期的等离子体会导致高功率微波脉冲的缩短。但是，电离气体的存在并不一定只会带来不利因素，D．Bohm和A．Iakhiezer，1949年时分别在“等离子体振荡理论”和“带电粒子束同等离子体电子的相互作用”发表的两篇论文中首次对在等离子体中产生电磁波进行了探讨，由微波电子学、气体电子学和等离子体物

5、理学相互交叉融合而形成的一门新兴学科一等离子体电子学开始兴起，其主要研究在真空器件中填充气体或等离子体后，电子注一电磁波一等离子体相互作用机理。事实上，在高功率微波的早期研究中，曾经把局部的等离子体背景看作是一种能中和部分或全部强流相对论电子束空间电荷的可能机制，希望这种机制能允许传输较高功率的驱动束，其值将远远超过现在真空器件功率的空间电荷限制电流。后来研究发现，填充等离子体不但能提高器件功率容量，而且还能增加带宽和效率，同时等离子体有助于电子束的聚焦，从而降低对强轴向引导磁场的要求，甚至可以去掉聚焦磁场。电子科技大学硕士学位论文1．2填充

6、等离子体高功率微波源的研究进展早在二十世纪五十年代开始，人们对等离子体产生微波辐射作了很多的研究【1】【21。最初，这一研究基于等离子体作为慢波结构(SWS)的思想，即契仑柯夫辐射，然而这些技术却遇到了当时技术条件下难以克服的困难，第一个困难是微波信号与等离子体的耦合问题，慢等离子波几乎都被限制在等离子体内；第二个困难是等离子体器件的噪声系数很高，极大的限制了这类器件的应用【3】。此外从实验的角度来说，建立并诊断受控等离子体密度为1012cm．3—10”cmq的稳态等离子体注是非常困难的，但这对于器件的开发是必须的。由于这些困难，在二十世纪七

7、十年代初期这方面的研究基本停滞下来。这以后的十几年里，强电流相对论电子束微波源的发展又重新激发了人们的兴趣。从20世纪70年代和80年代，研究人员对强流相对论电子束驱动的充等离子体高功率微波源的研究起，Maryland大学、NewMexico大学、California大学、LosAngeles大学(UCLA分校)、TexasTech大学(Tn驯以及Hughes实验室都进行了相关的实验和理论的研究。1．2．1理论进展根据Bratman等人所述的例子【41，考虑一个波导，其中部分填充以强磁化等离子，在轴向有一个明显的界面将充等离子区域和没有充等离

8、子体的波导部分隔开。根据该模型，得出波从等离子体向真空中传播时，为了达到反射系数最小，最佳微波频率为：OJo,，=yococ，反射系数为：{k。l-1／(2露-1)