Abstract
虛陰極振璗器是利用空間電荷效應, 將超過微波管空間極限電流(Space-Charge Lim-iting Current)的電子束, 由二極體射入微波管, 由微波管內形成的虛陰極振璗產生高功率微波的裝置, 和目前的微波產生裝置比較, 它具有結構簡單, 功率高等優點。由導波管位置的不同, 它可區分為軸向、徑向兩類。前者導波管和電子束平行, 主要產生TM模式(Traverse Magnetic Field) 微波, 后者導波管和電子束垂直, 主要產生TE模式(Traverse Electric Field) 微波。本研究主要在建立軸向虛陰極振璗器的電腦模擬程式, 先后改進了一維靜電場, 并完成了二維靜電場、電磁場模擬程式, 程式中均考慮了相對論的效應。在一維靜電場模式中, 程式利用解析的方法考慮了微波管邊界條件的影響, 使得此一具二維特性的裝置可以減化至一維來處理。在二維電磁場模式中, 電流的計算并不采用必須作修正的加權方法。為了降低作修正需要的大量計算, 此處直接計算FSP(Finite Size Parti-cle)模型下通過格點的電流。為了消除此種方法引起的計算雜訊(Noise),傅利葉–貝色變換(Fourier-Bessel Transform)下的電磁場計算方法同時被引進。模擬方法中, 穩定條件, 格點大小, 粒子形狀的大小和有限差方法(Finite Differe-nce Method) 造成的影響將被討論。此外, 二維電磁場中的無反射邊界條件尚未有適當的處理方法, 論文中也討論到它。模擬結果中, 比較了相同條件下的模擬和實驗得到的振璗頻率結果, 比較下顯示、一維靜電場和二維電磁場和實驗較符合, 二維靜電場得到的頻率則比它們低一些。利用一維靜電場模式研究振璗頻率和二極體極距、電壓、電流和陰極半徑的關系, 結果顯示振璗頻率和二極體極距成反比, 隨電壓增加而增加, 和電流、陰極半徑的關系則不明顯。模擬也發現, 當反射電子的作用減少時, 虛陰極振璗趨向單一的頻率和更窄的頻寬。在二維電磁場中, 模擬發現使用傅利葉–貝色變換方法, 可以使數值計算方法造成的雜訊降得很低。