等离子体加载盘荷波导慢波系统的线性理论研究

【摘要】：人们一直寻求具有宽频带、大功率、弱色散的行波管慢波系统,对它的研究可追溯到20世纪50年代。由于在军事和民用上的广阔应用前景,吸引了一批学者从事研究,特别是近年来,得到了长足的发展。 盘荷波导是一种历史悠久的慢波结构。在圆波导中周期性的放置导体圆盘就成为盘荷波导,它可分为带中心孔和边缘孔的两种。带中心孔的盘荷波导是直线加速器中广泛应用的慢波结构,近年来,由于盘荷波导结构简单,尺寸较大,散热性能好,工作稳定性好,也应用于高功率相对论行波管领域。近年来研究发现,当在微波器件中填充了等离子体后,器件的输出功率和互作用效率得到显著提高,同时等离子体还可改善电子注的传输质量。 本论文中研究了等离子体填充的盘荷波导慢波结构。采用线性理论导出了色散关系,编写了数值计算程序,并进行了数值计算,得出了带宽、效率、功率和尺寸之间的关系,从而提出对新型慢波线的改进和设计依据,发现拓宽带宽和提高功率的途径。本论文的主要工作和贡献在于: 一、首先在盘荷波导理论的基础上,严格分析填充等离子体后的各区场表达式,利用边界条件和函数的正交性推导出对应的色散方程和耦合阻抗表达式,并通过数值模拟计算,详细讨论了该结构的几何参数对色散方程和耦合阻抗的影响。 二、对等离子体加载盘荷波导注波互作用的线性理论进行了研究。考虑实心电子注,分区求出各区慢电磁波的场方程,然后利用边界条件,用严格的场匹配方法,经过一系列的推导得到了考虑空间电荷效应的“热”色散方程。作为大功率的行波管,我们考虑了电子注的相对论效应,数值求解“热”色散方程,得到等离子体加载盘荷波导几何参数和电子注参量与小信号增益的关系。结果表明盘荷波导中加载了等离子体后可以改善导波特性。 WP=7