Abstract
本文主要是探討磁控管裡，電子與射頻波互相作用的情形。以PIC(particle-in-cell)模型的模擬程式，模擬A6型相對論磁控管裡電子的運動情形，並與以引導中心(guiding center)推導出的理論比較，對磁控管的工作原理作深入的探討。從電腦模擬觀察到，電子自陰極打出後，引導中心繞著陰極旋轉。電子逐漸累積，形成布理淵雲(Brillouin cloud)。達到靜相狀態( static case)後 ，陰極不再射出電子。因擾動使得射頻波(RF wave)慢慢形成，與電子產生共振，形成輪輻(spoke)。經過模態競爭(mode competition)後，只剩下單一模態(mode)與電子共振。達到共振穩態時，輸出的功率達到飽和，一直到外加電壓下降後，輪輻消失，輸出電壓降至零。引導中心(guiding center)的理論分析。平均迴旋運動後，只剩下引導中心的運動，將觀察座標移到共振平面上後，電子的引導中心沿著等位線漂移。打到陽極的電子，將外加電壓提供的能量轉移給電磁波，打入陰極的電子剛好相反，消耗掉電磁波的能量。但因打到陽極的電子運動速度較快，粒子數目較多，而打到陰極的電子速度較慢射頻波得到的能量較多，消耗的能量較少，使得磁控管可持續輸出高功率射頻波，且此時空間中的電子數大約維持在某固定數目。本文共分七章︰第一章引言﹔第二章文獻回顧﹔第三章磁控管的基本工作原理﹔第四章磁控管電腦模擬的方法與模型﹔第五章相對論磁控管的電腦模擬結果與實驗結果的比較﹔第六章理論上的分析﹔第七章總結。