s波段等离子体耦合腔行波管耦合结构的理论设计与测试

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1、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：垄垄免日期：舯印月；9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

2、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：乏弛第一章绪论1．1引言高功率微波(HPM)已经成为与激光武器和粒子武器同时发展的三大定向能束武器之一。HPM武器是将HPM源所产生的微波，经高增益天线定向辐射，将微波能量会聚在窄波束内，以极高的强度照射目标，杀伤人员和干扰、破坏现代武器系统的电子设备，它又称为射频武器。HPM的其他军事应用还包括：强功率雷达，微波炸弹等。一般高功率微波系统包括源和传输系统(波导、天线等)，而高功率微波源是系统的核心部件，是高功率微波成功应用的基础。经过多年的发展，已研制了大量高功率

3、微波器件，包括：各种相对论微波管、回旋管、微波波段的自由电子激光、和Cercnkov辐射、束——等离子体振荡器及虚阴极器件。研究的重点在于提高功率能量并达到更宽的频段，某些器件的效率己达40％～50％，但大多数均在10％左右。近十年来，在高功率微波的研究热潮中，又引入了等离子体技术。研究表明，填充可控数量的等离子体到微波器件中，在多数情况下，相比于普通的真空器件而言，能大大的改善微波管的性能。等离子体填充已经应用在多种微波源中，包括BWO振荡器、TWT放大器、回旋管和其它微波管，以提高总效率，增益，频率带宽，最大束流，而在一些情况下可以用来减小或是消除引导磁场。这些进展对

4、发展小尺寸、低重量的频率捷变的微波系统尤为重要。研究填充等离子体的器件中出现的新机理和新技术已成为高功率微波进一步发展的一个重要分支，并逐渐形成了等离子体微波电子学及微波技术【l】．【41。1．2等离子体微波技术等离子微波电子学【5H81是微波电子学、气体电子学与等离子体物理学相互交叉和融合的-I'-J新兴学科。它研究在真空微波器件(含普通微波管和相对论微波器件)中填充气体或等离子体后，电子注——电磁波——等离子体两两或三体相互作用的机理，从而寻找显著改善电磁波产生和放大特性的技术途径。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，最初，这一研电子科

5、技大学硕士学位论文究基于等离子体作为慢波结构(SWS)的思想【9】【10】，然而这些技术却遇到了当时技术条件下难以克服的困难，因此在二十世纪七十年代初期这方面的研究基本停滞下来。上世纪80年代后期，在高功率返波管中实验证实了在微波真空电子器件中注入浓度适当的等离子体可以导致管子性能大幅度提高。进入上世纪九十年代，非相对论电子柬激励的等离子体填充微波管的研究工作也取得令人鼓舞的进展。等离子体填充器件在不存在引导磁场下的工作已经得到实验验证。等离子体行波管是近十年间在“等离子体微波电子学”领域研究出来的新型器件，它是在普通真空行波管的慢波结构中填充等离子体，与普通的真空行波管

6、相比较而言，等离子体行波管的性能得到了极大的改善，体现在束电流容量可显著增大，由于离子的自聚焦效应可以减小外部聚焦磁场，等离子体对空间电荷的补偿作用可提高行波管的输出功率和效率，利用等离子体对慢波结构色散性的影响来减少或消除不需要的模式，以及拓展带宽等【1H3】'【11H131。1．3国外等离子体填充高功率微波器件主要实验1．3．1相对论器件美国马里兰大学开展了一系列的等离子体填充相对论返波管实验。所用慢波结构是轴对称的波纹波导【141，其平均半径为1．445cm，每个波纹周期的长度为1．67cm，输入相对论电子注的电子能量为630KeV，电流为3kA，脉冲宽度为100n

7、s。真空时返波管工作在X波段约8．4GHz左右，其外加的聚焦磁场变化范围为5-20kG。在返波管的末端有一个充气阀门。等离子体背景由相对论电子注电离气体而形成。当外加聚焦磁场保持在1lkG时，分别填充9．TmTorr的氩气和140mTorr的氦气时，返波管均有显著的微波输出。显然，由电子注电离气体产生等离子体的方法不易获得特定的密度的等离子体，对研究等离子体密度变化对互作用的影响造成不便。在改进的实验装置中，等离子体由末端的等离子体枪产生，其密度可调，范围为0--1013cm-3。实验结果表明，当等离子体密度达到某一临界值的时