磁旋管（Gyrotron）是一種新型力毫米微波管，它是利用螺旋狀電子束和射頻電磁波
間的迴旋共振作用，將電子能量轉換為毫米波或次毫米波輻射。此原理通稱電子迴旋

脈射。由於其功率與文章都較過去傳統微波管高，目前它在毫米波段已被視為主要波

源，由於在磁旋管中迴遊電子束只有橫向旋轉能量轉換為射頻波，所以電子束需有足

夠的橫向動能（一般大於軸向動能）。此外尚須具有極小的速度發射（velocity

spread），這樣它才能有效的轉移動能給共振腔中的TE模，如果電子速度太分散，會

降低其效率，及工作頻寬愈窄，迄今為止，產生此種螺旋電子束的最好方法是使用溫

度限流磁控鎗。熱陰極發出的電子籍由陰陽兩極間的電位差，離開陰極後在交叉的電

磁場中加速而獲得小量旋轉速度。此後在緩慢增加的磁場中，電子受到了adiabatic

壓縮，最後有大部分的軸向能量轉換成橫向能量。

依操作狀態區分，MIG 型電子鎗（magnetron injection gun ）可分為溫度限流和空

間電荷限流兩種，依電極結構分，亦可分為隻陽極及單陽極兩種。這裡設計的單陽極

MIG 是操作在溫度限流工作區內。本文先簡述前人對溫度限流單陽極磁控槍的設計，

一個由角動量守恆及adiabatic 近似而得的解析公式，對於選擇的起始設計再配合

Herrmannsfeldt電子軌跡程式（Electron trajectory program ）作電腦模擬，然後

根據電子束的數值模擬結果，使用電極合成法，繼而修正電極形狀（主要指陰極，陽

極並不敏感），以優化電子束特性。不論使用解析（analytic）或合成（synthetic

），甚至兩者並用，一般僅能決定電極的大概形狀和操作參數。主要由於MIG 電極的

幾何結構違反了絕熱電子流的設計，加上空間電荷之次要影響，最後結果必須依賴電

腦模擬。有關MIG

所涵蓋的參數太多，無法同時對所有參數作最佳化，僅能權衡輕重，作某些優化。然

後對外在條件（電壓，磁場，發射電流，位置）作敏感測試，對結果作定性分析。

附錄詳細介紹本程式之使用方法（有限差分方形網），以相對論運動方程和空間電荷

效應作自我重覆修正。