High-power microwave sources and technologies

第1章引言1

1.1目的.1

1.2高功率微波2

1.3本书的结构与范围4

参考文献6

第2章高功率微波源： 美国国防部展望7

2.1引言7

2.2国防部在基础研究中的作用8

2.3国防部的需要9

2.4历史11

2.4.1空军12

2.4.2陆军14

2.4.3海军18

2.4.4国防部机构20

2.5高功率微波研究的进展20

2.5.1窄带高功率源的进展23

2.5.2高功率超宽带源的进展25

2.6需要发展的关键技术27

2.6.1脉冲功率技术27

2.6.2新型阴极28

.2.6.3改良型材料和提高击穿强度28

2.6.4天线29

2.6.5计算能力29

2.7总结29

2.8致谢30

参考文献30第3章吉瓦级高功率微波源37

3.1引言37

3.1.1高功率微波源的定义38

3.1.2发展与历史39

3.1.3提高功率和延长脉宽问题39

3.2主要吉瓦级高功率微波源43

3.2.1磁绝缘线振荡器43

3.2.2锥形milo48

3.2.3相对论磁控管54

3.2.4相对论速调管放大器（rka）和三轴相对论速调管放大器57

3.2.5相对论速调管振荡器63

3.2.6后加速相对论速调管（reltron）65

3.3未来发展和总结68

参考文献68

第4章脉冲缩短75

4.1引言75

4.2早期的研究成果概述77

4.2.1脉冲缩短机理77

4.2.2硬管和软管技术80

4.3最新研究进展86

4.3.1表面处理与真空技术86

4.3.2延长hpm源输出脉冲的研究进展89

4.4结论108

参考文献108

第5章相对论erenkov器件113

5.1引言113

5.2行波管放大器114

5.2.1引言114

5.2.2单级行波管116

5.2.3两级行波管116

5.2.4宏粒子分析116

5.2.5锥形结构放大器设计118

5.2.6渡越时间隔离119

5.3高功率行波管放大器研究最新进展120

5.3.1引言120

5.3.2准周期结构120

5.3.3高效率输出结构120

5.3.4轴向提取121

5.3.5高效率放大器工作机制122

5.3.6群聚压缩125

5.3.7ka波段的研究125

5.3.8混合模126

5.3.9对称模和不对称模的相互作用129

5.3.10讨论130

5.4返波振荡器131

5.4.1引言131

5.4.2重复频率脉冲运行132

5.4.3提高效率132

5.4.4毫米波返波振荡器133

5.4.5超高功率运行133

5.4.6长脉冲运行134

5.5高功率返波振荡器的最近研究134

5.5.1慢波结构特性研究135

5.5.2返波振荡器理论137

5.5.3实验140

5.6致谢144

参考文献144

第6章回旋管振荡器和放大器151

6.1引言151

6.1.1本章内容简述151

6.1.2回旋管概念152

6.2高功率回旋管的技术水平156

6.2.1等离子体加热和电流驱动的回旋摩谐速调管振荡器（gyromonotron）156

6.2.2强流相对论电子束驱动的回旋管157

6.2.3用于毫米波雷达的回旋放大器158

6.2.4用于毫米波电子对抗的回旋返波振荡器163

6.2.5工业应用的单腔回旋速调管振荡器163

6.2.6用于驱动加速器的回旋速调管放大器165

6.3强流相对论电子束驱动的回旋管的最新进展166

6.3.1强流相对论电子束、回旋器件和空间电荷的考虑166

6.3.2矩形回旋管和同轴回旋管167

6.3.3回旋返波振荡器作为宽带可调谐高功率微波管的评估170

6.4先进雷达的倍频回旋放大器172

6.4.1理论173

6.4.2实验..177

6.5绕轴旋转束回旋管的高次谐波工作180

6.5.1高次谐波回旋管振荡器182

6.5.2谐波回旋管放大器183

6.6总结184

6.7致谢185

参考文献185

第7章高功率微波器件中的动态等离子体加载195

7.1引言195

7.2早期结果的评述196

7.2.1历史回顾196

7.2.2理论198

7.2.3实验201

7.3填充等离子体高功率微波源的最新进展207

7.3.1实验结果208

7.3.2理论和模拟结果215

7.3.3等离子体产生技术225

7.3.4新型诊断技术227

7.3.5径向不均匀加载等离子体慢波结构的电磁性能232

7.3.6最重要的实验和理论结果235

7.4小结和存在的问题237

7.5致谢237

参考文献238

第8章束流传输与射频控制245

8.1引言245

8.2束流传输247

8.2.1概述247

8.2.2磁引导系统247

8.2.3线性束hpm器件的ppm聚焦249

8.2.4等离子体填充系统中的束流传输254

8.2.5milo中的自磁绝缘259

8.2.6电子回旋器件中束流传输特点259

8.3电子束收集器259

8.3.1常规单级电子束收集极260

8.3.2降压收集极261

8.3.3降压收集极的计算机模拟261

8.3.4结论264

8.4射频输出控制264

8.4.1概述264

8.4.2微波输出极化的控制264

8.4.3模式转换器265

8.5智能微波管概念的演变266

8.5.1概述266

8.5.2litton公司的早期工作266

8.5.3slac的自动控制研究267

8.5.4吉瓦级智能管268

8.6结论272

8.7致谢273

参考文献273

第9章阴极与电子枪277

9.1引言277

9.2技术综述278

9.3阴极技术282

9.3.1爆炸发射阴极282

9.3.2热阴极进展289

9.3.3铁电体阴极295

9.4新型电子枪298

9.4.1等离子体电子枪298

9.4.2高功率磁会切（cusp）电子枪301

9.4.3铁电体电子枪305

9.5总结及将来的研究方向306

参考文献308

第10章窗口与射频击穿313

10.1引言313

10.2早期工作回顾314

10.3基本考虑316

10.3.1物理机制316

10.3.2单极性表面击穿321

10.4次级电子倍增理论322

10.4.1金属平面间的电子倍增323

10.4.2介质表面的次级电子倍增过程326

10.4.3进一步讨论329

10.5射频结构的击穿334

10.5.1x波段谐振环中的tm010谐振腔334

10.5.2tm020腔337

10.5.3讨论343

10.6介质窗击穿344

10.6.1实验进展344

10.6.2实验结果346

10.6.3深入讨论349

10.7抑制击穿的方法352

10.8总结354

10.9致谢355

参考文献356

第11章计算技术363

11.1引言363

11.2pic方法综述364

11.2.1场方程366

11.2.2场边界条件367

11.2.3粒子方程370

11.2.4粒子边界条件371

11.2.5场和粒子的耦合372

11.3用pic模拟方法模拟hpm源： 例子372

11.4pic的最新进展377

11.4.1等离子体模型378

11.4.2次级电子发射384

11.4.3电磁pic代码中的电荷守恒386

11.4.4模式展开pic392

11.4.5poynting分立算子393

11.4.6面向对象技术395

11.4.7并行pic代码397

11.4.8结论404

11.5参量模拟评述404

11.6参量模拟的最新发展408

11.6.1magy408

11.6.2间隙驳缏纺Ｐ410

11.7总结和未来发展问题414

11.7.1体匹配坐标415

11.7.2概率表面物理415

11.7.3混合软件415

11.7.4并行的检测416

11.7.5数据可视化416

参考文献416

第12章其他途径及未来的挑战423

12.1引言423

12.2面临的挑战424

12.2.1hpm器件的清洁度和高真空424

12.2.2新型阴极与电子枪425

12.2.3改进hpm器件表面和防止窗口击穿428

12.2.4脉冲功率技术431

12.2.5建模和计算技术432

12.2.6高级诊断434

12.2.7电子束剩余能量的再利用434

12.2.8智能自适应hpm装置435

12.2.9不恰当相位电子的解调436

12.2.10电晕的抑制438

12.2.11模式转换器439

12.2.12永磁体聚焦的应用440

12.3其他hpm源概念440

12.3.1中等功率装置组阵列441

12.3.2吉瓦级多束速调管441

12.3.3带状电子束hpm源446

12.3.4未来的相对论cerenkov装置446

12.3.5新型虚阴极振荡器447

12.3.6等离子体电子微波系统450

12.3.7klystrinos: w波段模块化速调管451

参考文献...453