170GHz高功率回旋管电子光学系统的研究和设计
发布时间：2021-09-07 04:28
随着微波技术的发展,出现了各种各样的微波电真空器件。其中,回旋管是一种高功率微波器件,相比普通微波器件,它可以工作在更高频率下,并且可以输出更高功率,因此受到各国科研工作者的广泛重视。回旋管的广泛应用也推动了其不断向前发展,人们对回旋管的性能参数要求也更高。电子枪作为回旋管的源,其是否能够产生高质量的电子注将很大程度影响回旋管的性能,这也因此推动了电子枪的发展。磁控注入电子枪是目前回旋管中比较常用的一种电子枪,它可以产生较大的电子注横纵速度比和较小的速度离散。当回旋管正常工作时,需要阴极发射带表面温度达到电子发射所需要的温度才能开始发射电子,电子枪阴极受热会发生一定程度的热形变,也因此会导致回旋管的性能受到影响,而且阴极发射带表面温差过大,温度分布不均匀,会影响电子注的发射状态。所以,设计完成一支磁控注入电子枪之后,需要对其进行热分析,并判断形变量是否对整管的性能参数产生了影响。本文的主要内容如下:1、详细介绍了电子光学系统基本理论和回旋脉塞电子光学理论,并阐述了相关传热学知识以及热分析具体流程;通过上述理论,对磁控注入电子枪的设计方法和原理做出进一步研究分析。2、使用两种粒子模拟软件...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波频谱划分
械模?极大的提高了输出功率[13]。日本福冈大学与IAP机构合作研究出了一只工作频率为300GHz的回旋振荡管，可以输出大于2.3MW的功率。工作电压为15kV，电流为1A，工作模式是TE22,8。我国在上世界七十年代末开始投入对回旋管的研究。电子科技大学，中电十二所，中科院电子所等机构率先开展了对不同频段下回旋管的研究工作，并且已经取得了一些重要的科研成果和进步[9]，推动着回旋管不断向前发展。回旋管得到了世界各国的关注，被广泛应用雷达、电子对抗、空间通信等方面，涉及到民用、军事、医学、科研等多个领域。如图1-2所示，是应用在雷达方面的车载相控阵雷达，可以对其进行任意移动，准确定位目标的位置。在军事应用上，尤其是国际热核反应堆计划(ITER)和主动拒止系统(ADS)上，回旋管作为高功率微波源起到了非常重要的作用，在满足高频率的同时得到更高的功率。回旋管还可以作为现在医学科学研究的太赫兹源，被广泛应用于DNP-NMR等系统上，解决了医学上很多难题。而且太赫兹辐射不是非电离辐射，在应用中不会损伤人体的组织和DNA，这一优势势必导致在医学上投入大量研究。回旋管还可以应用到工业上，可以实现加热去除表面水分，表面硬化，也可以实现纳米结构陶瓷的生长。回旋管还可以实现大气监测，航空航天应用，放射性物质检测等[14-17]。回旋管作为可以产生高功率的源，可以实现许多功能，为未来应用也提供了更多的研究方向。回旋管已经逐渐地从各个方面走向人们的生活，这也会使世界范围内的科研工作者加快对回旋管的研究，使得其应用更加为人们生活带来方便。图1-2车载相控阵雷达1.3回旋管的工作原理回旋管相比普通微波管可以工作在更高频率下，并且可以获得更高的功率。
电子科技大学硕士学位论文4经过不断地发展，回旋管系列已经得到了很多扩充，而且应用范围也越来越广。图1-3是回旋管结构图，主要可以分为以下几个部分：电子枪部分、外加磁场部分、高频结构部分、输出窗部分、收集极部分等。回旋管在工作中，首先由电子枪中阴极发射带发射出电子；外加磁场是轴向磁场，一般呈“凸”形状，在互作用区之前是不断增加的，在互作用区之后逐渐减小，峰值一般只有几个特斯拉；电子注在轴向磁场的绝热压缩作用下逐渐做加速运动，当电子注的横向速度达到一定范围开始做回旋运动；在经过高频互作用腔时，当电场方向与电子注运动方向相同时，电子注速度和回旋频率将会不断减小，回旋半径则会不断增大，电场方向与电子注运动方向不相同的电子注，其速度和回旋频率会不断增大，而回旋半径在不断减校之后，电子会产生群聚过程，在这过程中电子注和场之间进行一定的能量交换，电磁波将会从中获得能量，电子注失去能量；能量交换之后，通过输出结构将电磁波进行输出，电子注则继续向前进，最后降落在收集极上。图1-3回旋管结构图由图1-3可知，当电子发射出来，将会在电磁场的作用下朝着互作用区方向前进，电子注速度比达到性能需求的值时将会进入高频互作用区进行能量交换。电子在磁场中做回旋运动，回旋频率可以由以下式子表示：0=/cc(1-1)其中，c00=|e|B/m(1-2)2-1/2=(1-)=c/v(1-3)在上式中，c0是非相对论效应情况下的回旋频率，为相对论因子，0m为电子在静止时自身的质量，为传播常数。电子回旋半径可由以下式子表示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹回旋管和动态核极化核磁共振的研究发展[J]. 李志良,冯进军,蔡军. 真空科学与技术学报. 2015(06)
[2]国外高功率微波技术的研究现状与发展趋势[J]. 钱宝良. 真空电子技术. 2015(02)
[3]近太赫兹频段功率源技术发展与应用[J]. 刘超,杨明,刘志刚. 微波学报. 2015(S1)
[4]回旋管磁控注入电子枪的设计[J]. 史少辉,刘濮鲲,徐寿喜,耿志辉,杜朝海,韩万强,刘继宏,可丹丹. 真空科学与技术学报. 2014(10)
[5]太赫兹回旋管研究进展[J]. 鄢扬,傅文杰. 真空电子技术. 2013(01)
[6]通电空心线圈系统产生的磁场分析[J]. 关志成,苏华锋,贾志东. 高电压技术. 2009(11)
[7]双阳极磁控注入枪设计参数对其性能的影响分析[J]. 王丽,李宏福,牛新建,赵青. 强激光与粒子束. 2004(06)
[8]磁场分布曲线对高功率回旋管磁控注入枪影响的分析[J]. 王丽,李宏福,牛新建,邓学. 强激光与粒子束. 2003(12)
[9]高功率微波技术发展概述[J]. 林竞羽,侯德亭. 航天电子对抗. 2003(04)
硕士论文
[1]140GHz磁控注入电子枪的研究与设计[D]. 万定海.电子科技大学 2019
[2]高功率回旋管电子光学系统的设计与优化[D]. 熊庆美.电子科技大学 2018
[3]回旋管电子光学系统结构设计与优化[D]. 吕国中.电子科技大学 2017
[4]高功率回旋管热分析及散热技术研究[D]. 党荣.电子科技大学 2016
[5]回旋管电子光学系统设计与优化[D]. 马家俊.电子科技大学 2016
[6]电子回旋脉塞电子光学系统研究[D]. 薛源.电子科技大学 2015
[7]回旋管电子光学系统的研究[D]. 屈晓斌.电子科技大学 2013
[8]磁控注入式电子枪研究[D]. 林远锋.电子科技大学 2009
本文编号：3388845
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波频谱划分
械模?极大的提高了输出功率[13]。日本福冈大学与IAP机构合作研究出了一只工作频率为300GHz的回旋振荡管，可以输出大于2.3MW的功率。工作电压为15kV，电流为1A，工作模式是TE22,8。我国在上世界七十年代末开始投入对回旋管的研究。电子科技大学，中电十二所，中科院电子所等机构率先开展了对不同频段下回旋管的研究工作，并且已经取得了一些重要的科研成果和进步[9]，推动着回旋管不断向前发展。回旋管得到了世界各国的关注，被广泛应用雷达、电子对抗、空间通信等方面，涉及到民用、军事、医学、科研等多个领域。如图1-2所示，是应用在雷达方面的车载相控阵雷达，可以对其进行任意移动，准确定位目标的位置。在军事应用上，尤其是国际热核反应堆计划(ITER)和主动拒止系统(ADS)上，回旋管作为高功率微波源起到了非常重要的作用，在满足高频率的同时得到更高的功率。回旋管还可以作为现在医学科学研究的太赫兹源，被广泛应用于DNP-NMR等系统上，解决了医学上很多难题。而且太赫兹辐射不是非电离辐射，在应用中不会损伤人体的组织和DNA，这一优势势必导致在医学上投入大量研究。回旋管还可以应用到工业上，可以实现加热去除表面水分，表面硬化，也可以实现纳米结构陶瓷的生长。回旋管还可以实现大气监测，航空航天应用，放射性物质检测等[14-17]。回旋管作为可以产生高功率的源，可以实现许多功能，为未来应用也提供了更多的研究方向。回旋管已经逐渐地从各个方面走向人们的生活，这也会使世界范围内的科研工作者加快对回旋管的研究，使得其应用更加为人们生活带来方便。图1-2车载相控阵雷达1.3回旋管的工作原理回旋管相比普通微波管可以工作在更高频率下，并且可以获得更高的功率。
电子科技大学硕士学位论文4经过不断地发展，回旋管系列已经得到了很多扩充，而且应用范围也越来越广。图1-3是回旋管结构图，主要可以分为以下几个部分：电子枪部分、外加磁场部分、高频结构部分、输出窗部分、收集极部分等。回旋管在工作中，首先由电子枪中阴极发射带发射出电子；外加磁场是轴向磁场，一般呈“凸”形状，在互作用区之前是不断增加的，在互作用区之后逐渐减小，峰值一般只有几个特斯拉；电子注在轴向磁场的绝热压缩作用下逐渐做加速运动，当电子注的横向速度达到一定范围开始做回旋运动；在经过高频互作用腔时，当电场方向与电子注运动方向相同时，电子注速度和回旋频率将会不断减小，回旋半径则会不断增大，电场方向与电子注运动方向不相同的电子注，其速度和回旋频率会不断增大，而回旋半径在不断减校之后，电子会产生群聚过程，在这过程中电子注和场之间进行一定的能量交换，电磁波将会从中获得能量，电子注失去能量；能量交换之后，通过输出结构将电磁波进行输出，电子注则继续向前进，最后降落在收集极上。图1-3回旋管结构图由图1-3可知，当电子发射出来，将会在电磁场的作用下朝着互作用区方向前进，电子注速度比达到性能需求的值时将会进入高频互作用区进行能量交换。电子在磁场中做回旋运动，回旋频率可以由以下式子表示：0=/cc(1-1)其中，c00=|e|B/m(1-2)2-1/2=(1-)=c/v(1-3)在上式中，c0是非相对论效应情况下的回旋频率，为相对论因子，0m为电子在静止时自身的质量，为传播常数。电子回旋半径可由以下式子表示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹回旋管和动态核极化核磁共振的研究发展[J]. 李志良,冯进军,蔡军. 真空科学与技术学报. 2015(06)
[2]国外高功率微波技术的研究现状与发展趋势[J]. 钱宝良. 真空电子技术. 2015(02)
[3]近太赫兹频段功率源技术发展与应用[J]. 刘超,杨明,刘志刚. 微波学报. 2015(S1)
[4]回旋管磁控注入电子枪的设计[J]. 史少辉,刘濮鲲,徐寿喜,耿志辉,杜朝海,韩万强,刘继宏,可丹丹. 真空科学与技术学报. 2014(10)
[5]太赫兹回旋管研究进展[J]. 鄢扬,傅文杰. 真空电子技术. 2013(01)
[6]通电空心线圈系统产生的磁场分析[J]. 关志成,苏华锋,贾志东. 高电压技术. 2009(11)
[7]双阳极磁控注入枪设计参数对其性能的影响分析[J]. 王丽,李宏福,牛新建,赵青. 强激光与粒子束. 2004(06)
[8]磁场分布曲线对高功率回旋管磁控注入枪影响的分析[J]. 王丽,李宏福,牛新建,邓学. 强激光与粒子束. 2003(12)
[9]高功率微波技术发展概述[J]. 林竞羽,侯德亭. 航天电子对抗. 2003(04)
硕士论文
[1]140GHz磁控注入电子枪的研究与设计[D]. 万定海.电子科技大学 2019
[2]高功率回旋管电子光学系统的设计与优化[D]. 熊庆美.电子科技大学 2018
[3]回旋管电子光学系统结构设计与优化[D]. 吕国中.电子科技大学 2017
[4]高功率回旋管热分析及散热技术研究[D]. 党荣.电子科技大学 2016
[5]回旋管电子光学系统设计与优化[D]. 马家俊.电子科技大学 2016
[6]电子回旋脉塞电子光学系统研究[D]. 薛源.电子科技大学 2015
[7]回旋管电子光学系统的研究[D]. 屈晓斌.电子科技大学 2013
[8]磁控注入式电子枪研究[D]. 林远锋.电子科技大学 2009
本文编号：3388845
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