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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?k 91

3.2.5 单个电子平均动能的增量Δ?k 91

3.2.6 电子束所得到的功率P 91

3.2.7 间隙的电子负载电导Gb1 91

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