本书主要介绍国内外高功率微波器件的发展现状和趋势、相对论返波管的环形强流电子束产生与传输、高频结构电动力学特性及束波互作用理论等，并对提高相对论返波管转换效率的方法，以及强场击穿与抑制的相关内容进行讨论；内容涵盖相对论返波管基本概念、历史发展脉络、基础理论和物理规律、数值模拟研究及工程实践等方面。本书是20世纪90年代以来作者在相对论返波管等高功率微波产生方面主要研究成果的归纳总结，还包括国内外的部分相关研究成果。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 高功率微波的基本概念 1
1.2 高功率微波器件的研究概况与趋势 8
1.3 高功率微波器件的发展历程 15
1.4 相对论返波管的研究概况 22
参考文献 28
第2章 环形强流相对论电子束 37
2.1 无箔二极管 39
2.1.1 同轴导体区的磁绝缘问题 39
2.1.2 强流相对论电子束空间电荷效应 44
2.1.3 有限磁场约束下环形强流相对论电子束包络问题 51
2.1.4 无箔二极管电压和电流关系 57
2.2 环形强流爆炸发射阴极 60
2.2.1 强流爆炸发射机理 61
2.2.2 引导磁场对环形阴极发射和束流分布的影响 68
2.2.3 阴极微观形貌对发射均匀性的影响 69
2.2.4 阴极寿命 70
2.3 无箔二极管电压电流波瞬态过程 71
2.3.1 简化的无箔二极管系统 71
2.3.2 真空传输区阻抗变化对电压电流波过程的影响 75
2.3.3 阴极启动对电压电流波过程的影响 80
2.4 无箔二极管在RBWO中的应用 82
2.4.1 电子束回流与抑制 82
2.4.2 阴极结构与电子发射控制 83
2.4.3 强引导磁场大小选择依据 84
2.4.4 低引导约束磁场下降低电子束包络的方法 85
2.4.5 加快阴极处电压与电流前沿的一般方法 87
参考文献 88
第3章 慢波结构电动力学特性 90
3.1 无限长慢波结构 91
3.1.1 无限长慢波结构的色散关系 91
3.1.2 无限长慢波结构的空间谐波系数 96
3.1.3 无限长慢波结构内的行驻波场 98
3.2 慢波结构谐振腔 99
3.3 有限长慢波结构 105
3.3.1 有限长慢波结构与圆波导连接边界的反射 105
3.3.2 有限长慢波结构的谐振特性 111
3.4 慢波结构电动力学特性在RBWO中的应用 120
3.4.1 RBWO的耦合阻抗及选择 120
3.4.2 RBWO慢波结构两端连接结构设计 122
3.4.3 RBWO慢波结构谐振与效率的关系 123
参考文献 125
第4章 RBWO的反射结构 126
4.1 截止颈 127
4.2 谐振反射器 130
4.2.1 TM020模谐振反射器 130
4.2.2 TM021模谐振反射器 138
4.2.3 TM0mn高阶模谐振反射器 140
4.3 其他类型的反射器 142
4.3.1 分布式反射器 142
4.3.2 双模反射器 143
4.3.3 周期反馈结构反射器 146
4.4 反射器设计与应用讨论 150
参考文献 151
第5章 RBWO束波相互作用基础理论 153
5.1 束波相互作用的几个基本问题 154
5.1.1 HPM器件中微波辐射机制 154
5.1.2 电子束模式与快慢空间电荷波 159
5.1.3 单粒子轨道动力论与射频电流表达式 164
5.1.4 RBWO中电磁波的传播与能流 168
5.1.5 RBWO的超辐射机制 169
5.2 束波相互作用小信号理论概述 170
5.2.1 线性理论和微波频率预测 172
5.2.2 非线性理论 174
5.3 相对论电子束强场调制理论 181
5.3.1 非相对论电子束的小信号调制理论简述 181
5.3.2 相对论电子束的强场调制 184
5.3.3 相对论电子束强场调制下的射频电流 186
5.3.4 空间电荷场对相对论电子束强场调制的影响 189
5.4 RBWO的饱和机制 191
5.4.1 RBWO的输出饱和过程物理图像 191
5.4.2 RBWO束波相互作用区总长度 193
5.4.3 RBWO的最佳工作电压 194
5.4.4 RBWO饱和时电子相空间图 194
5.5 回旋共振吸收 196
5.6 RBWO中模式竞争及抑制 198
5.6.1 模式竞争表现形式 198
5.6.2 模式竞争抑制方法 202
参考文献 206
第6章 提高RBWO微波转换效率的方法 208
6.1 概述 208
6.2 改善电子束调制 211
6.2.1 慢波结构起始端结构对电子束调制的影响 211
6.2.2 慢波结构末端反射参数对电子束调制的影响 212
6.2.3 电子束的两级或多级调制 213
6.2.4 阴极初始发射电子束预调制 216
6.3 改善射频电流与电场的相位配合 218
6.3.1 Ldr的规律及优化准则 218
6.3.2 慢波结构周期个数优选 223
6.3.3 非均匀慢波结构 224
6.3.4 控制谐振反射器的调制电场强度 226
6.4 增加集中式渡越辐射 227
参考文献 229
第7章 RBWO强场击穿与抑制 231
7.1 RBWO强场击穿现象与规律 232
7.1.1 RBWO强场击穿现象 232
7.1.2 强场击穿与微波频率的关联性 239
7.1.3 强场击穿与脉冲宽度的关联性 240
7.1.4 老练的影响 241
7.2 强场击穿机理和规律的早期认识 241
7.2.1 高能加速器中强场击穿机理和规律 241
7.2.2 RBWO强场击穿机理和规律 244
7.3 RBWO强场击穿机理 247
7.3.1 强流相对论电子束与材料相互作用 247
7.3.2 RBWO腔壁强场击穿损伤机理 251
7.3.3 微波腔壁电子发射的电流密度 258
7.3.4 RBWO强场击穿研究平台 260
7.3.5 阴极、收集极等离子体运动及其影响 262
7.3.6 慢波结构强场区击穿等离子体运动及其影响 267
7.4 RBWO强场击穿与抑制方法 269
7.4.1 高频结构改进抑制强场击穿 269
7.4.2 采用耐受电子束轰击的材料抑制强场击穿 271
7.4.3 高频结构处理工艺的影响 271
参考文献 272
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