基于二维特异材料波导的表面电磁波的慢波实验研究

本文在理论分析的基础上,实验研究了二维MNG/DPS/MNG(磁单负材料/双正材料/磁单负材料)表面波波导中的慢波效应.该波导的色散曲线随着电路参数(单元电容)的改变而改变,而且在色散曲线的截止频率点,电磁波的群速度理论上等于零.因此可以通过改变MNG区域的电路参数,得到在不同截止频率的慢波特性.另外,本文还通过改变MNG区域的电路参数实现在某一固定频率下波速度渐变的慢波效应.实验结果与仿真结果相一致.     

毫米波沟道梯型慢波结构行波管的线性理论

 在电子通道内引入一薄层空心电子注，对沟道梯型慢波结构行波管进行了线性理论研究，推导出了沟道梯型结构行波管的工作色散方程，计算了沟道梯型行波管的小信号增益和工作相速。计算结果表明：沟道梯型结构行波管每周期的增益高，带宽窄；当沟宽度由零增加到环内径的2倍时，增益减小量不足1%，这表明沟宽度对增益的影响不大；当脊高度增大10%时，增益增加62%，当环内径增大10%，增益减小57%，因此增益与脊高度正相关，与环内径负相关，且相关性十分明显。     

适用于毫米波带状束行波放大器的光子晶体栅慢波电路研究

提出了一种适用于毫米波及THz波行波放大器的光子晶体栅慢波电路,即横向分布光子晶体栅慢波电路,并提出了分析和设计此类光子晶体栅慢波电路的方法.通过计算光子晶体TE极化的带隙和在带隙内将光子晶体栅慢波电路等效为矩形栅波导慢波电路,从而,光子晶体栅慢波电路的设计得以分为两步独立进行,从而简化了光子晶体栅慢波电路的设计.对横向分布光子晶体栅慢波电路进行了设计和计算,结果表明,与矩形栅波导慢波电路相比,横向分布光子晶体栅慢波电路可以降低工作电压并增加带宽,从而可以降低成本. 关键词： 行波放大器 光子晶体 毫米波 慢波电路     

同轴任意槽形周期圆波导慢波结构色散特性的研究

用阶梯近似的方法分析任意槽形加载的圆波导慢波系统，利用各阶梯相邻面的导纳匹配条件 以及中心互作用区与加载区的场匹配条件，获得了任意槽形加载周期慢波结构的统一色散方 程. 利用该色散方程，得到色散特性与CST MWS仿真软件模拟结果良好符合. 分别求解几种 特殊槽形加载慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构色散和耦合阻抗均最弱， 而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 任意槽形 慢波结构 色散特性 行波管     

轴对称渐变型类周期慢波结构的色散特性

 运用场匹配法和傅里叶级数理论，提出一种原则上可数值求解任意轴对称渐变型类周期慢波结构色散特性的方法。采用该方法编制了计算渐变型波纹波导和渐变型盘荷波导色散曲线的Matlab程序，详细分析并讨论了这两类典型渐变型类周期慢波结构的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件模拟结果的数据吻合度较高，验证了该数值算法的可靠性。另外，该方法具有较强的普适性和扩展性，也可退化到任意轴对称周期慢波结构色散特性的求解，为慢波结构的设计提供一种简单有效的途径。     

曲折圆形槽波导慢波系统的高频特性

 对曲折圆形槽波导新型慢波系统的高频特性进行了研究，通过理论分析和数值计算，得到了它的色散曲线和耦合阻抗表达式，并分析了结构参数变化对色散特性和耦合阻抗的影响。研究表明：当周期变小时色散减弱，耦合阻抗增加；而增大直波导长度时色散变弱，但同时耦合阻抗也会下降。因此较小的周期有利于改善曲折圆形槽波导慢波电路的高频特性。鉴于这种电路的耦合阻抗较低，可以适当地减小直波导长度来提高耦合阻抗。曲折槽波导结合了曲折波导散热能力强、色散特性好、容易加工和槽波导单模工作、低损耗、大尺寸等优点，在毫米波及亚毫米波段的行波管中具有较好的发展前景。     

同轴交错圆盘加载波导慢波结构高频特性的研究

采用多导体传输线分析方法, 对同轴交错圆盘加载波导慢波结构进行了理论分析, 得到了这种慢波结构的色散方程; 利用该色散方程, 得到的色散特性与HFSS仿真软件模拟结果符合良好. 分析了结构参数的变化对同轴交错圆盘加载波导慢波结构的色散特性影响. 结果表明: 增加内径和减小慢波结构的单位周期长度可以拓展慢波结构的带宽. 对同轴圆盘加载波导和同轴交错圆盘加载波导两种慢波结构的色散特性进行了比较, 结果表明: 采用圆盘交错加载方式可以减弱色散, 拓展带宽. 研究结果对同轴交错圆盘加载波导在毫米波行波管中的应用具有指导意义. 关键词： 行波管 同轴交错圆盘加载波导 慢波结构 色散特性     

翼片加载螺旋线慢波系统的特性测量与模拟

 使用Agilent8510C矢量网络分析仪测量了两种不同翼片加载螺旋线慢波系统在2~18 GHz频带内的色散和耦合阻抗。将被测系统等效为适当的微波网络，推导得到去除端口反射影响的慢波系统在微扰前后相位移变化的公式，应用该公式进行修正，可以有效抑制实验结果的波动。运用HFSS软件对实验中两个被测的螺旋线慢波结构进行建模，考虑了高次空间谐波对耦合阻抗的影响，结果表明，色散和耦合阻抗的模拟与实验值均有很好的一致性。     

金属柱平板慢波系统高频特性研究

对于离散的金属柱结构构建的周期性平板慢波系统,本文利用3维FDTD方法结合HFSS仿真软件深入分析了该慢波系统的高频特性.研究了金属柱高度、周期长度对色散特性的影响,计算了耦合阻抗,并与传统光栅慢波系统特性进行了对比分析.分析表明金属柱慢波系统既有与传统光栅慢波系统相似的高频特性,又具有独自的特点,位于离散的金属柱周期间隙中的电子注互作用耦合阻抗具有对称性;金属柱结构用作真空电子器件的高频系统可增加发生有效互作用的电子注厚度,降低起振电流密度,提高器件效率.本文的分析结果为设计低电流密度工作的多电子注短毫 关键词： 金属柱平板慢波系统 3维FDTD算法 色散特性 耦合阻抗     

Chodorow型耦合腔慢波结构色散特性和耦合阻抗理论分析

本文建立了Chodorow型耦合腔慢波结构的解析模型, 利用并矢格林函数结合矩量法求解了场匹配方程, 给出了色散方程和耦合阻抗的计算式, 并数值计算出一个X波段Chodorow型慢波结构的高频特性. 结果表明, 本文方法的色散特性以及耦合阻抗与仿真软件HFSS计算的结果有很好的一致性, 且计算效率更高, 同时精度远高于等效电路法, 对工程设计有好的参考价值. 关键词： Chodorow型耦合腔慢波结构 色散特性 耦合阻抗 场匹配     

一种矩形截面切伦柯夫脉塞金属周期慢波结构的分析方法

 分析了矩形截面切伦柯夫脉塞周期金属慢波结构的色散特性,以及结构参数的变化对色散曲线的影响。为避免慢波结构两端突变引起的反射振荡,采用等效电路法分析了用于连接光滑波导和慢波结构的渐变段。将线性形、两段形和指数形的渐变段进行了比较。指数形渐变段末端的功率反射系数最小, 并且整体的变化最平缓, 因此可将其作为实现慢波与快波间转换的较优选择。分析了频率和实际加工误差对指数形渐变段功率反射系数的影响:在频率较小时,功率反射系数也较小;固定频率下,较小的加工误差能使交界处功率反射系数的变化较平缓。在此基础上设计了一个功率反射系数小于0.01的指数渐变段,实现了工作模式和快波模式之间的良好匹配。与耦合模理论分析方法相比,等效电路方法更为简洁,二者结果相符合。     

The Linear Analysis of Coaxial Helical-Groove Slow-Wave Structure

The coaxial helical-groove slow-wave structure is a new-type high power circuit. The dispersion equation of this circuit with an annular electron beam is obtained according to self-consistent field theory. The computation results of the hot dispersion equation show the relations between electron beam parameters and the small signal gain. The presented analysis will be useful for the design of the TWT with coaxial helical-groove circuit.     

220 GHz 折叠波导慢波结构

 优化设计了一种220 GHz的折叠波导慢波结构的尺寸,对其冷测特性如色散、耦合阻抗和衰减进行了分析。理论分析和软件仿真结果表明设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,较高的耦合阻抗和较低的电路衰减。互作用模拟表明,在电子注电压为20 kV,电流为10 mA时,27 mm（50个周期）的折叠波导慢波结构在220 GHz具有14.5 dB的增益,3 dB带宽为16.3 GHz（211.9～228.2 GHz）。     

A method of designing photonic crystal grating slow-wave circuit for Ribbon--Beam microwave travelling wave amplifiers

A method of designing a photonic crystal grating slow-wave circuit in which the cylinders of the 2D photonic crystals dot on a cross-sectional plane is established by calculating the band structures of the 2D photonic crystals, and the eigenfrequency of the equivalent waveguide grating. For calculating the band structures, the eigenvalue equations of the photonic crystals in the system of photonic crystal grating slow-wave circuit are derived in a special polarization mode. Two examples are taken to show the method. The design result is validated by the scattering parameters of the same circuit. The result indicates that there exists no photonic band gap if the metal gratings do not extend into the photonic crystals; the design of the circuit without the metal gratings extending into the photonic crystals is less flexible than that with the metal gratings extending into the photonic crystals.     

基于双排矩形梳状慢波结构的W波段宽频带行波管模拟研究

提出采用圆形电子注和双排矩形梳状慢波结构作为W波段宽频带行波管注波互作用回路. 对该慢波回路的"冷"态特性、输入输出结构等方面进行了模拟仿真和分析, 研究结果表明, 该结构色散特性较好, 带宽较宽; 通过调整双排矩形梳状慢波结构之间的距离和电子注通道半径的尺寸, 圆形电子注系统取得了和带状注系统相同的耦合阻抗; 且该结构传输特性较好, 优化后整管的驻波比能在较宽的频带内保持在2以下. 此外, 对该慢波系统的大信号理论计算和PIC粒子模拟结果一致. 在50 mW驱动功率下, 输出功率在10 GHz带宽内大于40 W, 增益高于29 dB.     

Dispersion Characteristics of Coaxial Circular-Arc-Groove Slow-Wave Structure

The coaxial circular-arc-groove periodic slow-wave system for relativestic traveling wave tubes (RTWT) is presented in this paper. To analyze the field in the groove region, the continuous profile of the circular arc is approximately replaced by a series of rectangular steps and the field continuity at the neighboring steps is deduced. The dispersion equation of the coaxial circular-arc-groove slow-wave structure is derived by the matching conditions at the interface between the groove region and central region. The influence of various circuit parameters on the dispersion relation is investigated by the numerical calculation.     

A Cylindrical Waveguide Structure with Helical Grooves for High Power TWTs

In this work, the field analysis of a cylindrical interaction structure, with helical grooves, and an inner dielectric lining for possible employment in high power TWT amplifiers in the conventional slow-wave regime, is presented. The Ohmic dominance of the microwave power on the walls of this propagating circuit is deduced.     

Analysis of π-mode Stopband in an Asymmetric Millimeter-Wave Helical Slow-Wave Structure

A simple closed form formula for the estimation of π-mode stopband in an azimuthally asymmetric helical slow-wave structure (SWS) was developed following coupled-mode analysis of multiple reflections of the degenerate space-harmonic modes from the support rod discontinuities. The method incorporates the effects of circuit loss, and accrues the accuracy of 3D electromagnetic analysis by allowing the use of dispersion characteristics obtainable from any standard electromagnetic modeling. The formula is simple and amenable to easy computation, even using a scientific calculator, and without resorting to exhaustive and time-intensive numerical computation, and at the same time, without sacrificing the accuracy in results. The analysis was benchmarked against published results and excellent agreement observed. The analysis was further used for demonstrating the stopband phenomenon for a typical millimeter-wave helical slow-wave structure. Compared to low frequency structures, the stopband phenomenon for a millimeter-wave structure was found to be more pronounced, and an interesting inference was drawn as to how asymmetry induced stopband might be made to advantage in combating π-mode instabilities in a millimeter-wave traveling-wave tube.     

V形曲折矩形槽慢波结构的研究

提出了一种新型的慢波结构—-V形曲折矩形槽慢波结构, 该结构是由矩形槽波导沿其E面法向周期性呈V形折叠而成, 其两金属板之间的间隙形成天然的带状电子注通道. 相比传统的U形曲折矩形槽波导, 它能在保持良好高频特性的情况下增加互作用面积, 从而可以采用面积更大的带状电子注以获得更大的输出功率. 分析了该结构的高频特性, 在V波段完成了对行波管互作用电路的设计, 并利用三维粒子模拟的方法估计了其工作性能. 研究结果表明, 当工作电压和电流分别为12.8 kV和600 mA 时, 在58—64 GHz的频率范围内饱和平均输出功率大于1000 W, 相应的饱和增益和电子效率分别大于33 dB和13.2%.