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第1章 引论1

1.1 高功率微波的起源1

1.2 高功率微波的基本方式3

1.3 高功率微波的发展趋势8

1.4 相关读物10

参考文献10

第2章 高功率微波的系统设计12

2.1 用系统观点看高功率微波12

2.2 系统概观14

2.3 将子系统结合为系统15

2.3.1 前级电源16

2.3.2 脉冲功率18

2.3.3 微波源19

2.3.4 模式转换器和天线20

2.4 系统的关键问题21

2.5 高性能系统的设计方法22

2.5.1 NAGIRA：超系统的模型机23

2.5.2 超系统的构成25

2.5.3 天线与模式转换器26

2.5.4 返波振荡器（BWO）27

2.5.5 脉冲功率子系统28

2.6 小结33

习题33

参考文献34

第3章 高功率微波的应用35

3.1 引言35

3.2 高功率微波武器35

3.2.1 高功率微波武器的一般特性37

3.2.2 电磁炸弹43

3.2.3 第一代微波武器44

3.2.4 高功率微波武器的作用47

3.2.5 电磁恐怖主义49

3.2.6 能量耦合49

3.2.7 电磁防护52

3.2.8 微波对电子器件的破坏作用52

3.2.9 小结55

3.3 高功率雷达55

3.4 功率传送56

3.5 太空推进器62

3.5.1 向地球轨道发射62

3.5.2 从地球轨道向星际轨道和宇宙空间发射68

3.5.3 大型太空飞行器72

3.6 等离子体加热73

3.7 高能粒子加速器77

习题82

参考文献84

第4章 微波基础知识88

4.1 引言88

4.2 电磁学基础概念88

4.3 波导管90

4.3.1 方形波导模92

4.3.2 圆形波导模97

4.3.3 波导管与谐振腔的功率容量99

4.4 周期性慢波结构105

4.4.1 轴向变化的慢波结构106

4.4.2 角向变化的慢波结构109

4.5 谐振腔114

4.6 强流相对论电子束117

4.6.1 二极管中的空间电荷限制电流118

4.6.2 强流二极管中的束流箍缩120

4.6.3 漂移管中的空间电荷限制电流120

4.6.4 有限轴向磁场中的电子回旋轨道122

4.7 磁绝缘电子层123

4.8 产生微波的相互作用原理124

4.8.1 基本相互作用过程124

4.8.2 O型器件中的相互作用126

4.8.3 M型器件中的相互作用130

4.8.4 空间电荷器件130

4.9 放大器与振荡器、强电流与弱电流工作模式132

4.10 相位与频率控制134

4.11 小结135

习题135

参考文献137

第5章 主要相关技术139

5.1 引言139

5.2 脉冲功率140

5.2.1 磁场储能144

5.2.2 磁通量压缩145

5.3 电子束和电子层149

5.3.1 阴极材料149

5.3.2 电子束二极管152

5.4 微波脉冲压缩154

5.5 天线与传输158

5.5.1 模式转换器158

5.5.2 天线的基础知识159

5.5.3 窄带天线162

5.5.4 宽带天线166

5.6 诊断167

5.6.1 功率168

5.6.2 频率168

5.6.3 差频测量170

5.6.4 相位171

5.6.5 能量171

5.7 高功率微波设施173

5.7.1 室内设施173

5.7.2 室外设施175

5.7.3 微波安全事项177

5.7.4 X射线安全事项179

习题180

参考文献180

第6章 超宽带系统183

6.1 超宽带的定义183

6.2 超宽带开关技术186

6.2.1 火花隙开关186

6.2.2 固态开关189

6.3 超宽带天线技术192

6.4 超宽带系统194

6.4.1 中频系统194

6.4.2 宽频系统197

6.4.3 超频系统197

6.5 小结200

习题200

参考文献200

第7章 相对论磁控管与磁绝缘线振荡器202

7.1 引言202

7.2 历史203

7.3 设计原理204

7.3.1 磁控管和CFA器件的“冷”频率特性207

7.3.2 工作电压与外加磁场211

7.3.3 磁控管的特性213

7.3.4 磁控管设计原理的小结215

7.4 工作特性217

7.4.1 固定频率磁控管218

7.4.2 频率可调磁控管220

7.4.3 可重复工作的高平均输出功率磁控管221

7.4.4 采用磁控管的高功率微波系统MTD-1和Orion225

7.5　主要研究课题226

7.5.1 脉冲缩短现象227

7.5.2 峰值功率：多器件的锁相和透明阴极磁控管229

7.5.3 转换效率：轴向损失电流的抑制和微波的提取方法231

7.6 物理极限233

7.6.1 功率极限233

7.6.2 效率极限236

7.6.3 频率极限238

7.7 磁绝缘线振荡器238

7.8 正交场放大器242

7.9 小结242

习题243

参考文献245

第8章 返波振荡器，多波Cerenkov发生器，O型Cerenkov器件249

8.1 引言249

8.2 历史250

8.3 设计原理252

8.3.1 慢波结构：尺寸与频率254

8.3.2 引入电子束：不同器件中的共振相互作用256

8.3.3 启动电流与增益261

8.3.4 峰值输出功率：数值模拟的意义264

8.4 工作特性268

8.4.1 MWCG、MWDG和RDG269

8.4.2 返波振荡器（BWO）272

8.4.3 行波管（TWT）275

8.5 主要研究课题278

8.5.1 脉冲缩短现象278

8.5.2 使用弱磁场的BWO280

8.5.3 以提高效率为目的的SWS轴向变化281

8.5.4 其他O型器件：DCM、PCM和等离子体加载BWO281

8.6 基本极限282

8.7 小结283

习题284

参考文献287

第9章 速调管与后加速相对论速调管293

9.1 引言293

9.2 历史295

9.3 设计原理296

9.3.1 电压、电流和磁场296

9.3.2 漂移管半径297

9.3.3 速调管谐振腔298

9.3.4 电子速度的调制、电子束的群聚和谐振腔的间距300

9.3.5 低阻抗相对论速调管中的电子束调制302

9.3.6 速调管的电路模型304

9.3.7 后加速相对论速调管的特性306

9.4 工作特性307

9.4.1 高阻抗弱相对论速调管307

9.4.2 高阻抗相对论速调管311

9.4.3 低阻抗速调管315

9.4.4 后加速相对论速调管322

9.5 主要技术课题324

9.5.1 高功率多束速调管和层状束速调管324

9.5.2 低阻抗环状束速调管325

9.6 物理极限329

9.6.1 笔形束速调管329

9.6.2 环状束速调管330

9.6.3 后加速相对论速调管332

9.7 小结332

习题332

参考文献335

第10章 虚阴极振荡器、回旋管、电子回旋脉塞和自由电子激光339

10.1 引言339

10.2 虚阴极振荡器340

10.2.1 虚阴极振荡器的历史340

10.2.2 虚阴极振荡器的设计原理341

10.2.3 虚阴极振荡器的基本特征346

10.2.4 改进型虚阴极振荡器348

10.2.5 虚阴极振荡器的物理极限和发展前景356

10.3 回旋管与电子回旋脉塞356

10.3.1 回旋管和电子回旋脉塞的历史357

10.3.2 回旋管的设计原理358

10.3.3 回旋管的工作特性364

10.3.4 回旋自共振脉塞与回旋速调管368

10.3.5 电子回旋脉塞的发展前景372

10.4 自由电子激光373

10.4.1 自由电子激光的历史373

10.4.2 自由电子激光的设计原理373

10.4.3 自由电子激光的基本特性381

10.4.4 自由电子激光的发展前景385

10.5 小结386

习题387

参考文献388

附录 高功率微波公式集397

A.1 电磁学397

A.2 波导管和谐振腔398

A.3 脉冲功率和电子束401

A.4 微波源403

A.5 传播和天线404

A.6 应用407

索引与中英文对照409