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微波电子学  102M4001H

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:罗积润
课程编号: 102M4001H 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 专业核心课 主讲教师:罗积润
英文名称: Microwave Electronics

教学目的、要求

本课程为物理电子学研究生设置的专业核心课。课程从工程应用角度入手,强调学生对概念的理解。着重讨论强流电子注产生、成形、控制以及其与电磁波相互耦合构成微波产生器件(速调管、行波管、回旋管等)的原理和技术,介绍THz波产生面临的问题以及真空微波电子器件相应研究的进展。课程适合从事高功率微波器件与技术以及高能物理研究的学生学习。

预修课程

电动力学或电磁场与电磁波,学过微波原理等相关课程更好

教 材

自编教材

主要内容

第一章	绪论
第二章	电子与静电磁场
电子在静电磁场中的运动;场的空间变化对电子运动的影响;电子本身对空间场的影响;电子透镜;电子束的会聚与发散;电子在轴对称场中的运动特征;电子注通用发散曲线及最小注半径;布许定理。
第三章	电子注的产生、成形和控制
阴极概念(电子源产生方式);理查德—杜希曼热发射方程,肖特基效应,空间电荷限制(I=PV1.5),温度限制,导流系数;皮尔斯电子枪;均匀磁场聚焦控制和传输;布里渊流,平衡半径,限制流,层流性,非层流性; 电子注发散和能量回收。
第四章	快波与慢波
快波和慢波存在的条件;电子与波的同步;色散方程;耦合阻抗;慢波结构特点;周期系统;弗洛奎(Fluoquet)定理;周期系统等效电路;某些特殊周期慢波结构场论定性和定量分析;快波与电子角向同步的可能性。
第五章	速调管
有栅和无栅间隙,电子注调制、群聚和电流感应,空间电荷力(电子等离子体频率);空间电荷波,耦合系数,电子负载;输出功率和增益(跨导);谐振腔(输入/输出耦合,群聚,调谐);特殊用途速调管(高效率、高功率、宽频带、多电子注,扩展互作用)。
第六章	行波管
螺旋线行波管:互作用过程,群聚电流(场对电子的作用),轴向电场(电子对场的作用),同步状态下色散方程解,增益,增益参量,起始增益损失,速度参量,损耗参量,空间电荷参量,螺旋线匝数、管壳、夹持杆、过渡、衰减和截断等与行波管的性能的关系;耦合腔行波管小信号理论;降压收集极(电子效率、线路效率、收集极效率和总效率)。
第七章	回旋管
回旋管互作用机理(相对论效应、角向同步、磁场约束、高次模式、谐波耦合、注波耦合系数、有限拉莫半径效应);磁控注入电子枪,缓变截面开放腔;回旋中心展开,粒子轨道小信号一阶线性理论,色散方程和增长率;单模大信号粒子轨道理论,多模稳态频域大信号粒子轨道理论。
第八章	THz波产生的问题和器件相适应的发展
THz间隙,THz波产生面临的问题和解决办法;传统线性束真空器件的再生(折叠波导行波管,交错双栅行波管,扩展互作用速调管)。

参考文献

1.	A. S. Gilmour, Jr, Principles of Traveling Wave Tubes, Norwood, MA: Artech House, 1994 
2.	A. S. Gilmour, Jr, “Klystron, Traveling Wave Tubes, Magnetrons, Crossed-Field Amplifiers, and Gyrotrons”, Artech House, 2011。
3.	C. L. Longmire, “Elementary Plasma Physics”, Interscience Publishers (a divesion of John Wiley & Son.), 1963
4.	吴鸿适,《微波电子学》,科学出版社,1987 
5.	刘学壳,《阴极电子学》,科学出版社,1980 
6.	刘盛刚主编,《微波电子学》,国防工业出版	社,1983
7.	张克潜, 李德杰, 《微波与光电子学中的电磁理论》,电子工业出版社, 2001 

授课时间: 星期五, 第9、10、11节
授课地点: 教1-215
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20

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