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第1章 绪论1

1.1 高功率微波的概念1

1.1.1 引言1

1.1.2 高功率微波的定义2

1.1.3 高功率微波器件的运行特点2

1.1.4 高功率微波源的分类4

1.2 高功率微波源的研究进展5

1.2.1 国外高功率微波源研究进展5

1.2.2 国内高功率微波源技术的研究与发展8

1.3 脉冲功率装置8

1.3.1 电容储能脉冲功率驱动源9

1.3.2 电感储能脉冲功率驱动源12

1.3.3 爆炸磁通压缩发生器13

1.3.4 脉冲变压器16

1.4 电子束的产生与输运17

1.4.1 引言17

1.4.2 电子束源18

1.4.3 平面二极管19

1.4.4 空心电子束二极管21

1.4.5 电子束的输运21

1.5 微波定向能概念22

1.5.1 引言22

1.5.2 定义23

1.5.3 功率合成26

1.6 微波定向能应用31

1.6.1 微波卫星太阳能电站31

1.6.2 高功率微波武器36

参考文献44

第2章 相对论返波管振荡器47

2.1 引言47

2.1.1 新型慢波结构相对论返波管振荡器48

2.1.2 相对论返波管振荡器的新作用机制50

2.1.3 降低外加磁场强度技术51

2.1.4 重复频率相对论返波管振荡器52

2.1.5 “脉冲缩短”效应53

2.1.6 系统整体优化54

2.1.7 “超辐射”相对论返波管振荡器55

2.1.8 高功率毫米波相对论返波管振荡器55

2.2 相对论返波管振荡器的简要工作原理55

2.2.1 相对论返波管振荡器工作原理的物理描述55

2.2.2 相对论返波管振荡器的种类57

2.2.3 慢波结构的色散曲线57

2.2.4 相对论返波管振荡器的线性理论和绝对不稳定性58

2.2.5 相对论返波管振荡器的非线性理论61

2.2.6 相对论反波管振荡器的设计和数值模拟62

2.3 薄环形强流相对论电子束产生63

2.3.1 概述63

2.3.2 阴极及电子束均匀性64

2.3.3 无箔二极管的电流电压关系67

2.3.4 环形相对论电子束的空间电荷限制电流69

2.4 国内相对论返波管振荡器的主要研究结果69

2.4.1 高功率微波模式判断和频率、功率测量简要介绍69

2.4.2 普通型的相对论返波管振荡器71

2.4.3 重复频率相对论返波管振荡器74

2.4.4 等离子体加载相对论返波管振荡器76

2.4.5 同轴慢波结构相对论返波管振荡器77

2.4.6 低磁场相对论返波管振荡器78

2.4.7 高功率毫米波相对论返波管振荡器80

2.5 结束语82

参考文献82

第3章 渡越时间振荡器85

3.1 渡越时间振荡器的起源与发展85

3.2 渡越时间振荡器的工作原理87

3.2.1 对于不同入射相位φ0电子的实际渡越时间τ1 （φ0）89

3.2.2 入射相位为φ0的电子离开间隙的速度v（τ1，φ0）90

3.2.3 电子离开间隙的动能91

3.2.4 单个电子对任意初相φ0的平均动能?k91

3.2.5 单个电子平均动能的增量Δ?k91

3.2.6 电子束所得到的功率P91

3.2.7 间隙的电子负载电导Gb191

3.2.8 电子束与场相互作用的功率转换效率93

3.3 多腔渡越时间效应线性理论94

3.3.1 假定、物理量及方法94

3.3.2 2腔谐振腔渡越时间效应的线性理论97

3.3.3 3腔谐振腔渡越时间效应的线性理论103

3.3.4 N腔谐振腔渡越时间效应的线性理论107

3.4 N腔谐振腔色散关系及场分布的解析研究113

3.4.1 3腔谐振腔色散关系及场分布的解析研究115

3.4.2 N腔谐振腔色散关系及场分布的解析研究128

3.5 多腔渡越时间振荡器研究实例131

3.5.1 C波段3腔渡越时间效应振荡器的理论研究与研制133

3.5.2 C波段3腔渡越时间振荡器的实验研究142

3.6 评述与展望144

参考文献146

第4章 虚阴极振荡器149

4.1 引言149

4.2 虚阴极振荡器的工作原理、工作条件和工作频率150

4.2.1 虚阴极振荡器的工作原理150

4.2.2 虚阴极振荡器的工作条件150

4.2.3 虚阴极振荡器的工作频率152

4.3 虚阴极振荡器的基本类型153

4.3.1 反射三极管虚阴极振荡器153

4.3.2 普通虚阴极振荡器154

4.3.3 抑制反射电子的虚阴极振荡器155

4.3.4 同轴虚阴极振荡器155

4.3.5 反馈式虚阴极振荡器156

4.3.6 谐振腔型虚阴极振荡器157

4.4 国内主要虚阴极振荡器高功率微波源研究介绍157

4.4.1 普通虚阴极振荡器157

4.4.2 抑制反射电子的虚阴极振荡器158

4.4.3 同轴虚阴极振荡器160

4.4.4 反馈式准单模虚阴极振荡器167

4.4.5 可调节微波反馈的虚阴极振荡器175

4.4.6 微波调制型虚阴极振荡器的理论研究178

4.4.7 侧向提取双间隙调制虚阴极振荡器184

4.4.8 准光腔虚阴极振荡器203

4.5 评述与展望207

参考文献208

第5章 相对论磁控管211

5.1 引言211

5.2 相对论磁控管的基本原理215

5.2.1 稳态电子运动215

5.2.2 相对论磁控管的谐振系统216

5.2.3 起振过程217

5.2.4 相对论磁控管中几个重要的物理问题219

5.3 基础问题研究222

5.3.1 谐振系统分析222

5.3.2 相对论磁控管性能的粒子模拟228

5.3.3 相对论磁控管的效率研究235

5.4 A6磁控管及其永磁包装245

5.4.1 A6磁控管实验研究245

5.4.2 永磁包装的物理设计247

5.4.3 永磁体设计计算与测试248

5.4.4 永磁包装相对论磁控管实验251

5.4.5 提高永磁包装相对论磁控管功率的新方案251

5.5 可调谐相对论磁控管253

5.5.1 物理设计253

5.5.2 调谐系统设计计算254

5.5.3 整管性能的优化259

5.5.4 实验研究260

5.6 预脉冲对相对论磁控管性能的影响263

5.6.1 预脉冲对相对论磁控管工作电压的影响263

5.6.2 预脉冲带来的模式竞争263

5.6.3 预脉冲对相对论磁控管谐振频率的影响265

5.7 评述与展望266

参考文献266

第6章 相对论速调管269

6.1 引言269

6.2 工作原理及主要技术问题271

6.2.1 工作原理271

6.2.2 强流相对论速调管研究的主要技术问题273

6.3 束波互作用的理论分析274

6.3.1 引言274

6.3.2 线性理论277

6.3.3 非线性理论281

6.4 主要参数设计286

6.5 粒子模拟286

6.5.1 电子束经过输入腔间隙后的调制286

6.5.2 电子束经过中间腔间隙后的调制287

6.5.3 微波的提取288

6.6 实验设计288

6.6.1 设计考虑因素289

6.6.2 输入腔289

6.6.3 输出腔293

6.7 实验结果与分析295

6.7.1 强流短脉冲相对论速调管295

6.7.2 强流长脉冲相对论速调管298

6.7.3 高功率短脉冲相对论速调管302

6.7.4 S波段相对论速调管304

6.8 变型的相对论速调管306

6.9 评述与展望308

参考文献309

第7章 磁绝缘线振荡器313

7.1 引言313

7.2 磁绝缘线振荡器主要特点和工作原理31

7.3 磁绝缘线振荡器的色散关系316

7.3.1 空间电荷平衡态316

7.3.2 轴向空间谐波的波动方程317

7.3.3 受扰场边界条件与色散方程的导出319

7.3.4 同轴盘荷波导结构的色散关系320

7.4 磁绝缘线振荡器调制电流辐射的解析表述323

7.4.1 辐射场方程323

7.4.2 线性区增益324

7.4.3 饱和功率的标度325

7.5 磁绝缘线振荡器的理论设计与数值模拟327

7.5.1 磁绝缘线振荡器主慢波结构的确定327

7.5.2 磁绝缘线振荡器工作电压的选取330

7.5.3 L波段磁绝缘线振荡器的冷腔设计331

7.5.4 C波段负载绝缘型磁绝缘线振荡器的粒子模拟结果335

7.6 磁绝缘线振荡器实验研究336

7.6.1 紧凑型L波段磁绝缘线振荡器337

7.6.2 C波段磁绝缘线振荡器实验341

7.6.3 磁绝缘线振荡器中脉冲缩短现象的克服345

7.6.4 锥形磁绝缘线振荡器347

7.7 评述与展望350

参考文献351

第8章 高功率微波源的数值模拟353

8.1 引言353

8.2 PIC方法概述353

8.2.1 场方程354

8.2.2 场边界条件355

8.2.3 质点方程358

8.2.4 质点边界条件359

8.2.5 场与质点耦合360

8.3 数值模拟程序的发展360

8.3.1 计算程序的改进361

8.3.2 计算程序功能的扩充369

8.4 新型高功率微波源探索举例371

8.4.1 轴向加速管371

8.4.2 无引导磁场的柱-锥慢波结构振荡器374

8.5 理论设计的实验方案举例377

8.5.1 无箔二极管的理论设计377

8.5.2 谐振腔的设计380

8.5.3 相对论速调管放大器的整体数值模拟结果380

8.6 评述与展望385

参考文献385