現(xiàn)代真空電子學原理及應用

第1 章 真空電子學簡介. 1
1.1 重要的“真空”環(huán)境. 1
1.2 真空電子學的發(fā)展歷程. 2
1.2.1 真空電子器件的起始 3
1.2.2 微波管. 5
1.2.3 諧振腔磁控管 8
1.2.4 行波管. 9
1.2.5 其他真空電子器件. 10
1.3 真空電子器件的重要作用. 11
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第2 章 真空電子學中的物理. 13
2.1 電子及其特性. 13
2.2 電子在靜電場中的運動. 13
2.3 電子在磁場中的運動. 14
2.4 電子在復合電場與磁場中的運動. 15
2.5 運動電子產(chǎn)生的輻射. 18
2.5.1 運動電子產(chǎn)生的電磁場 18
2.5.2 切連科夫輻射 21
2.5.3 渡越輻射 22
2.5.4 散射輻射 22
2.5.5 衍射輻射 22
2.5.6 史密斯-珀塞爾輻射. 23
2.5.7 同步輻射 23
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第3 章 自由電子的產(chǎn)生與傳輸. 25
3.1 金屬中的自由電子. 25
3.2 自由電子的發(fā)射. 25
3.2.1 電子離開金屬受到的阻力 26
3.2.2 熱電子發(fā)射 28
3.2.3 光電發(fā)射. 30
3.2.4 二次電子發(fā)射 31
3.2.5 場致發(fā)射. 33
3.3 自由電子的傳輸. 35
3.3.1 真空電子器件中的電子注 35
3.3.2 聚焦系統(tǒng). 37
3.4 自由電子的收集. 41
3.4.1 單級降壓收集極. 41
3.4.2 多級降壓收集極. 42
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第4 章 電磁波的傳輸與諧振. 45
4.1 行波結構. 45
4.1.1 螺旋線慢波結構. 46
4.1.2 耦合腔慢波結構. 49
4.2 駐波結構. 53
4.2.1 重入式諧振腔 53
4.2.2 多腔諧振系統(tǒng) 54
4.2.3 開放式波導諧振腔. 57
4.2.4 準光學諧振腔 58
4.2.5 輸能裝置. 60
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第5 章 電子注與場的相互作用. 64
5.1 感應電流. 64
5.2 電子流與電場的能量交換. 66
5.3 皮爾斯理論. 69
5.3.1 電子注中的高頻電流 69
5.3.2 線路方程. 69
5.3.3 特征方程. 71
5.3.4 同步狀態(tài) 72
5.4 有關相互作用的討論. 76
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第6 章 真空電子學研究的新方法：模擬仿真與虛擬實驗. 80
6.1 用等效電路法求解慢波結構高頻特性. 80
6.1.1 曲折波導慢波結構模型 80
6.1.2 等效電路 81
6.1.3 高頻特性分析 83
6.2 用場匹配法求解慢波結構高頻特性. 88
6.2.1 交錯雙柵慢波結構模型 88
6.2.2 場方程推導 89
6.2.3 色散特性與耦合阻抗 96
6.2.4 單周期反射特性. 97
6.2.5 計算結果與討論. 99
6.3 注波互作用參數(shù)計算與仿真. 102
6.3.1 電子運動方程 102
6.3.2 射頻場方程 103
6.3.3 空間電荷場方程. 105
6.4 曲折波導類行波管套裝. 105
6.4.1 常規(guī)曲折波導的參數(shù)設置與冷特性分析. 106
6.4.2 E 面脊加載曲折波導行波管的注波互作用參數(shù)計算 108
6.5 電子光學系統(tǒng). 113
6.5.1 帶狀注電子槍的仿真 114
6.5.2 Ka 波段行波管帶狀電子注聚焦系統(tǒng). 117
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第7 章 基于真空電子學的高頻率器件. 126
7.1 交錯雙柵慢波結構行波管. 126
7.1.1 Ka 波段行波管的高頻結構. 126
7.1.2 行波管高頻結構傳輸特性測試. 127
7.1.3 傳輸特性問題 128
7.1.4 閉合型PCM 聚焦系統(tǒng)行波管. 129
7.1.5 新型PCM 聚焦系統(tǒng)行波管 132
7.2 新型擴展互作用增強曲折波導行波管. 135
7.2.1 概念與模型 135
7.2.2 三維粒子模擬 139
7.3 太赫茲繞射輻射器件Obictron 142
7.3.1 Obictron 結構. 143
7.3.2 Obictron 諧振腔高頻特性. 144
7.3.3 光柵色散特性的研究 145
7.3.4 注波互作用的數(shù)值計算 147
7.4 基于準光學諧振腔的太赫茲回旋管. 148
7.4.1 任意截面波導回旋管自洽非線性理論. 148
7.4.2 腔體冷腔場表示. 149
7.4.3 準光學諧振腔工作參數(shù)設計. 156
拓展閱讀 159
第8 章 基于真空電子學的高功率微波技術. 160
8.1 相對論返波振蕩器. 160
8.2 相對論速調管放大器. 173
8.2.1 電子注在同軸與空心圓柱漂移管中的空間電荷限制流 174
8.2.2 電子注在同軸與圓柱漂移管中的束波轉化效率 177
8.2.3 電子注與同軸諧振腔體間隙的負載電導. 178
8.3 其他類型的高功率微波器件. 181
8.3.1 虛陰極振蕩器 181
8.3.2 磁絕緣線振蕩器. 182
8.3.3 感應輸出管 182
拓展閱讀 183
第9 章 先進制造工藝在真空電子學領域的應用. 184
9.1 微機電系統(tǒng)工藝. 184
9.2 激光燒蝕. 186
9.2.1 懸置雙微帶曲折線慢波結構的加工 187
9.2.2 角度對數(shù)帶狀線慢波結構的加工 190
9.3 離子束刻蝕. 194
拓展閱讀 196
第10 章 新材料在真空電子學領域的應用. 197
10.1 超構材料. 197
10.2 光子晶體. 199
10.2.1 光子晶體加載慢波結構的設計 200
10.2.2 光子晶體矩形柵慢波結構的設計 200
10.3 納米材料. 202
10.3.1 石墨烯. 202
10.3.2 碳納米管 206
拓展閱讀 208
第11 章 真空電子學中的新機制：束-等離子體系統(tǒng). 209
11.1 束-等離子體系統(tǒng)的理論. 210
11.1.1 色散方程 210
11.1.2 靜電模式與電磁模式 213
11.1.3 平衡條件 215
11.2 束-等離子體系統(tǒng)的輻射機制. 217
11.2.1 離子聚焦機制下的電磁不穩(wěn)定性 217
11.2.2 束-等離子體尾場共振輻射. 222
11.2.3 基于束-等離子體尾場共振的切連科夫輻射 226
11.2.4 束-等離子體虛陰極機制. 229
11.2.5 束-等離子體系統(tǒng)輻射機制的實驗驗證. 233
拓展閱讀 236
第12 章 真空電子學在生物醫(yī)學工程領域的應用. 238
12.1 生物醫(yī)學成像. 238
12.1.1 X 射線成像 238
12.1.2 熱聲成像 241
12.2 醫(yī)用加速器. 243
12.3 生物醫(yī)學效應. 245
12.3.1 生物醫(yī)學效應的物理機制. 245
12.3.2 生物醫(yī)學效應對個體和組織的影響 246
12.3.3 生物醫(yī)學效應對細胞和生物分子的影響. 247
拓展閱讀 248
第13 章 真空電子學在能源領域的應用. 249
13.1 微波能在受控熱核聚變領域的應用. 249
13.1.1 受控熱核聚變的途徑 250
13.1.2 微波對等離子體的加熱與電流驅動 251
13.1.3 波促進等離子體的旋轉和對MHD 不穩(wěn)定性的控制 254
13.2 微波能在無線電能傳輸領域的應用. 256
13.2.1 概述. 256
13.2.2 電力系統(tǒng)中微波無線電能傳輸?shù)年P鍵技術 258
13.2.3 微波無線電能傳輸?shù)木唧w應用與發(fā)展前景 258
13.3 微波能在加熱領域的應用. 259
拓展閱讀 260
第14 章 真空電子器件在微光夜視領域的應用. 261
14.1 概述. 261
14.2 微光夜視技術的發(fā)展歷程. 261
14.3 微光夜視技術的主要發(fā)展方向. 263
14.4 光電轉換與成像器件. 265
14.5 微光夜視技術的展望. 266
拓展閱讀 266
第15 章 真空電子器件在通信與探測領域的應用. 267
15.1 真空電子器件在雷達系統(tǒng)中的應用. 267
15.1.1 速調管在雷達系統(tǒng)中的應用. 268
15.1.2 行波管在雷達系統(tǒng)中的應用. 269
15.1.3 其他真空電子器件在雷達系統(tǒng)中的應用. 270
15.2 真空電子器件在通信系統(tǒng)中的應用. 271
拓展閱讀 273