現(xiàn)代真空電子學(xué)原理及應(yīng)用

第1 章 真空電子學(xué)簡介. 1
1.1 重要的“真空”環(huán)境. 1
1.2 真空電子學(xué)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(xué)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(yùn)動(dòng). 13
2.3 電子在磁場中的運(yùn)動(dòng). 14
2.4 電子在復(fù)合電場與磁場中的運(yùn)動(dòng). 15
2.5 運(yùn)動(dòng)電子產(chǎn)生的輻射. 18
2.5.1 運(yùn)動(dòng)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(jí)降壓收集極. 41
3.4.2 多級(jí)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(jié)構(gòu). 45
4.1.1 螺旋線慢波結(jié)構(gòu). 46
4.1.2 耦合腔慢波結(jié)構(gòu). 49
4.2 駐波結(jié)構(gòu). 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(dǎo)諧振腔. 57
4.2.4 準(zhǔn)光學(xué)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(yīng)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(guān)相互作用的討論. 76
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第6 章 真空電子學(xué)研究的新方法：模擬仿真與虛擬實(shí)驗(yàn). 80
6.1 用等效電路法求解慢波結(jié)構(gòu)高頻特性. 80
6.1.1 曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)高頻特性. 88
6.2.1 交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)模型 88
6.2.2 場方程推導(dǎo) 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(jì)算結(jié)果與討論. 99
6.3 注波互作用參數(shù)計(jì)算與仿真. 102
6.3.1 電子運(yùn)動(dòng)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(dǎo)類行波管套裝. 105
6.4.1 常規(guī)曲折波導(dǎo)的參數(shù)設(shè)置與冷特性分析. 106
6.4.2 E 面脊加載曲折波導(dǎo)行波管的注波互作用參數(shù)計(jì)算 108
6.5 電子光學(xué)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(xué)的高頻率器件. 126
7.1 交錯(cuò)雙柵慢波結(jié)構(gòu)行波管. 126
7.1.1 Ka 波段行波管的高頻結(jié)構(gòu). 126
7.1.2 行波管高頻結(jié)構(gòu)傳輸特性測(cè)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(kuò)展互作用增強(qiáng)曲折波導(dǎo)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(jié)構(gòu). 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(jì)算 147
7.4 基于準(zhǔn)光學(xué)諧振腔的太赫茲回旋管. 148
7.4.1 任意截面波導(dǎo)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(zhǔn)光學(xué)諧振腔工作參數(shù)設(shè)計(jì). 156
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第8 章 基于真空電子學(xué)的高功率微波技術(shù). 160
8.1 相對(duì)論返波振蕩器. 160
8.2 相對(duì)論速調(diào)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(zhuǎn)化效率 177
8.2.3 電子注與同軸諧振腔體間隙的負(fù)載電導(dǎo). 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(yīng)輸出管 182
拓展閱讀 183
第9 章 先進(jìn)制造工藝在真空電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用. 184
9.1 微機(jī)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(jié)構(gòu)的加工 187
9.2.2 角度對(duì)數(shù)帶狀線慢波結(jié)構(gòu)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(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用. 197
10.1 超構(gòu)材料. 197
10.2 光子晶體. 199
10.2.1 光子晶體加載慢波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 200
10.2.2 光子晶體矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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(xué)中的新機(jī)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(jī)制. 217
11.2.1 離子聚焦機(jī)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(jī)制. 229
11.2.5 束-等離子體系統(tǒng)輻射機(jī)制的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證. 233
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第12 章 真空電子學(xué)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用. 238
12.1 生物醫(yī)學(xué)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(xué)效應(yīng). 245
12.3.1 生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)的物理機(jī)制. 245
12.3.2 生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)對(duì)個(gè)體和組織的影響 246
12.3.3 生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)對(duì)細(xì)胞和生物分子的影響. 247
拓展閱讀 248
第13 章 真空電子學(xué)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用. 249
13.1 微波能在受控?zé)岷司圩冾I(lǐng)域的應(yīng)用. 249
13.1.1 受控?zé)岷司圩兊耐緩?250
13.1.2 微波對(duì)等離子體的加熱與電流驅(qū)動(dòng) 251
13.1.3 波促進(jìn)等離子體的旋轉(zhuǎn)和對(duì)MHD 不穩(wěn)定性的控制 254
13.2 微波能在無線電能傳輸領(lǐng)域的應(yīng)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(guān)鍵技術(shù) 258
13.2.3 微波無線電能傳輸?shù)木唧w應(yīng)用與發(fā)展前景 258
13.3 微波能在加熱領(lǐng)域的應(yīng)用. 259
拓展閱讀 260
第14 章 真空電子器件在微光夜視領(lǐng)域的應(yīng)用. 261
14.1 概述. 261
14.2 微光夜視技術(shù)的發(fā)展歷程. 261
14.3 微光夜視技術(shù)的主要發(fā)展方向. 263
14.4 光電轉(zhuǎn)換與成像器件. 265
14.5 微光夜視技術(shù)的展望. 266
拓展閱讀 266
第15 章 真空電子器件在通信與探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用. 267
15.1 真空電子器件在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用. 267
15.1.1 速調(diào)管在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用. 268
15.1.2 行波管在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用. 269
15.1.3 其他真空電子器件在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用. 270
15.2 真空電子器件在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用. 271
拓展閱讀 273