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磁控注入式电子枪研究

作　者: 林远锋
导　师: 鄢扬
学　校: 电子科技大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 微波管 导流系数 磁控注入式电子枪 卡诺枪
分类号: TN12
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本世纪三十年代末出现的微波电子管,作为当时雷达和通信系统的“心脏”,在第二次世界大战中起到了相当重要的作用,直至六十年代,微波电子管依然是最重要的军用和民用电子器件之一。七十年代以来,小功率微波真空器件被半导体器件所取代,但微波真空器件在高功率、高频率情况下占有绝对的优势,即使采用功率合成技术,半导体器件在很长的一段时间内,其输出功率也不可能与微波管相比。微波管向宽频带和大功率方向发展,这就要求电子注具有更高的参量。而在这些要求当中,提高电子注导流系数为最重要的一个,这样电子注就能在较低的电压下产生较大的电流,同时电子注的功率也得了较大的提高,也减轻了管子的耐压负担,同时微波管器件的频宽由于电导的增大而增大。因此,设计性能良好的高导枪是电子枪设计中的一个重要课题,本人结合国家863项目,主要研究和设计了用于220GHz回旋管的单阳极磁控注入式电子枪和用于X波段相对论返波管的卡诺枪,并用粒子模拟软件magic分别对其进行了整管模拟,得出了许多有意义的结论,对后面的实验起到了一定的指导作用。本文的主要工作如下:1.详细阐述了电子光学系统的基本理论和计算方法。2.熟悉粒子模拟软件MAGIC,了解和分析了磁控注入式电子枪的设计理论,并运用粒子模拟软件MAGIC对单阳极磁控注入式电子枪进行了优化设计和理论分析。研究了影响电子注性能的因素,其中包括电磁场、电子束电流和电子枪结构对电子注速度比和速度零散的影响,为设计回旋管单阳极磁控注入式电子枪提供了必要的理论依据。3.通过研究,设计出了一种用于220GHz回旋单阳极磁控注入式电子枪,并对其进行了整管粒子模拟,研究了电子注电压、电子注流、横纵向速度比以及聚束磁场对输出功率的影响。4.研究和设计出一种用于X波段相对论返波管的磁控注入式电子枪---卡诺枪,分析了影响电子注性能的因素,并对其进行了整管粒子模拟,分析了电子注性能对输出功率的影响。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 引言  9-17
  1.1 研究的背景及意义  9-10
  1.2 电子光学系统的发展简介  10-11
  1.3 各种电子枪简介  11-13
  1.4 磁控注入式电子枪  13-16
  1.5 本学位论文研究的主要工作与贡献  16-17
第二章 强流电子光学基本理论基础  17-24
  2.1 麦克斯韦方程组  17-19
  2.2 电子运动方程  19-20
  2.3 电子注的运动轨迹方程  20-21
  2.4 轴对称系统结构  21-24
    2.4.1 轴对称静电场系统  21-22
    2.4.2 轴对称静磁场系统  22-24
第三章 220GHz 回旋管单阳极电子枪设计  24-43
  3.1 回旋管的发展简介及国内外研究现状  24-25
  3.2 回旋管工作原理  25-27
  3.3 回旋管单阳极磁控注入式电子枪设计  27-29
    3.3.1 磁控注入式电子枪电子运动理论基础  27-29
  3.4 电子注性能参数理论分析  29-34
    3.4.1 影响速度比的因素分析  29-31
    3.4.2 影响速度零散的因素分析  31-34
  3.5 单阳极磁控注入式电子枪的优化  34-36
  3.6 影响电子注性能的因素分析  36-38
    3.6.1 工作电压对电子注性能的影响  36-37
    3.6.2 注电流对电子注性能的影响  37
    3.6.3 阴阳极间的距离对电子注性能的影响  37
    3.6.4 阴极半径对电子注性能的影响  37-38
  3.7 回旋管整管模拟  38-40
  3.8 影响回旋管输出功率和效率的因素分析  40-43
    3.8.1 电子注电压对输出功率和效率的影响  40
    3.8.2 电子注电流对效率和输出功率的影响  40-41
    3.8.3 电子注横纵向速度比对输出功率和效率的影响  41-42
    3.8.4 工作磁场对输出功率和效率的影响  42-43
第四章 X 波段相对论返波管卡诺枪设计  43-58
  4.1 相对论返波管（RBWO）简介  43-44
  4.2 返波管工作原理及实验装置图  44
  4.3 返波管单阳极卡诺枪设计  44-48
    4.3.1 设计理论  45-47
    4.3.2 设计步骤  47-48
    4.3.3 粒子模拟结果  48
  4.4 结果分析与讨论  48-50
    4.4.1 阳极电压对电子注性能的影响  48-49
    4.4.2 磁场对电子注性能的影响  49
    4.4.3 发射电流密度对电子性能的影响  49-50
  4.5 整管模拟  50-52
  4.6 影响输出功率的因素  52-58
    4.6.1 电子枪阳极电压对同轴返波管输出功率的影响  52-53
    4.6.2 电子注发射电流密度对同轴返波管输出功率的影响  53-54
    4.6.3 电子束半径对同轴返波管输出功率的影响  54-56
    4.6.4 聚束磁场对同轴返波管输出功率的影响  56-58
第五章 结束语  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
攻硕期间取得的研究成果  63-64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 真空电子技术 > 微波电子管
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