Abstract
虛陰極振盪器是利用空間電荷效應, 由二極體產生超過微波管極限電流的電子束, 進入到微波管, 在微波管內會形成虛陰極振盪, 可產生高功率微波。本研究主要是利用 PIC(particle-in-cell)粒子電腦模擬方法,模擬電子束的動態,程式中考慮相對論性的效應。此程式使用靜電場的模式,在微波管部分考慮到二維效應的影響, 並經由假設被虛陰極反射的電子在到達陽極時即被吸收, 以去除來回反射電子的影響, 如此即可單獨看出虛陰極的振盪頻率, 與二極體的施加電壓, 二極體極距, 陰極半徑, 及輸入電流四項變因的關係, 以了解影響振盪頻率的因素。並利用Kadish所提出的一維解析理論, 估算出虛陰極振盪頻率的範圍, 結果與模擬得到的虛陰極振盪主頻相比較, 發現二者相當吻合。然後經由追蹤每個粒子團隨時間的位置變化, 分別繪出有來回反射電子與沒有來回反射電子時的電子團軌跡圖。可看出無反射電子影響時虛陰極附近粒子團軌跡較集中的情形,及有來回反射電子時會使粒子軌跡紊亂, 看不到有明顯的軌跡集中點。接著觀察入射微波導管的電子束經過調制(modulated ),電流量有週期變化時, 對虛陰極振盪頻率的影響, 發現當入射電流的變化頻率與原來定電流入射時的虛陰極振盪頻率接近時, 或頻率相差2GHz以內, 而入射電流變化的振幅增大時, 虛陰極振盪的頻率會漸移至與入射電流變化的頻率一致,且相位亦同步。