Ku波段光子晶体加载曲折波导慢波结构

研究了Ku波段光子晶体加载曲折波导慢波结构的色散特性和耦合阻抗。用电磁仿真软件CST MWS进行了仿真, 讨论了慢波结构外光子晶体对慢波通道内电磁波的选择通过性。对具有相同结构尺寸慢波结构的研究结果表明:光子晶体加载慢波结构的色散比传统曲折波导慢波结构的色散低;和传统曲折波导慢波结构相比,光子晶体加载曲折波导慢波结构的耦合阻抗略高。     

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     

V波段大功率带状注曲折波导行波管

利用曲折波导慢波结构和一个长宽比为3∶1的带状电子注作为注-波互作用电路,完成了对V波段大功率行波管互作用电路的设计。分析了带状电子注通道对高频特性的影响,并在综合考虑色散和耦合阻抗的情况下得到了优化的结构参数。建立了3维的V波段带状注曲折波导行波管的电路模型,并利用CST粒子工作室完成了注-波互作用的仿真研究。研究结果表明,当工作电压和电流分别为17 kV和150 mA时,带状注曲折波导行波管在58~62 GHz时的饱和平均输出功率大于160 W,增益大于34.7 dB。     

具有任意槽的矩形波导栅慢波结构高频特性的研究

将任意形状槽的连续轮廓近似用一系列相连的矩形阶梯近似，利用各阶梯面上导纳的匹配，以及槽与互作用区边界场的连续与匹配条件，获得了具有任意槽的矩形波导栅慢波结构的色散方程和耦合阻抗的表达式，并进行理论上的验证.加工制作了矩形槽波导栅模型，冷测表明理论值与测量值相吻合.分别求解几种特殊槽形矩形波导栅慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构的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： 矩形波导栅 任意槽 色散特性 慢波结构     

阶梯槽交错双栅慢波结构高频特性理论和模拟

本文基于一种阶梯槽交错双栅周期慢波结构模型,获得了该结构中的电磁场分布公式.通过场匹配方法,求出了该结构的高频色散方程和耦合阻抗表达式.以W波段行波管用的阶梯槽交错双栅为例,利用本文公式和CST-MWS电磁软件比较计算了色散和耦合阻抗特性,分析了阶梯尺寸参数对高频特性(基模色散、+1次空间谐波归一化相速和耦合阻抗)的影响.结果表明,理论和CST-MWS软件模拟有很好的一致性;相对矩形交错双栅,改善了色散特性,拓展了基模带宽,同时具有足够大的耦合阻抗和适合工程应用的机械强度,在一定程度上可以弥补矩形交错双栅周期慢波结构的不足.     

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）。     

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     

脊加载同轴交错圆盘波导的高频特性

提出脊加载同轴交错圆盘波导慢波结构,并用电磁场仿真软件HFSS对其色散特性和耦合阻抗进行了计算,分析了不同结构参数对其高频特性的影响。研究表明:脊加载同轴交错圆盘波导有较好的色散特性,它比非同轴结构的带宽有明显增加,同时可以降低慢波结构的相速,用作行波管慢波结构时可以降低工作电压。脊加载同轴交错圆盘波导是一种全金属结构,散热性能好,损耗低,在毫米波及亚毫米波段的行波管中有较好的应用前景。     

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     

同轴相对论返波管高频特性的数值分析

提出一种数值分析周期慢波结构色散特性的模拟法，先采用时域有限差分法和离散傅里叶变换技术计算含周期慢波结构的谐振腔的谐振频率及谐振场分布，再基于周期慢波电路色散关系的周期性质，利用几个特殊色散点由数值组合技术获得周期慢波线的完整色散关系。数值计算了同轴波纹波导中ＴＭ０ｎ模式的色散关系，亦能用于分析计算任意复杂几何结构的周期慢波线的色散关系。     

ANALYSIS OF RECTANGULAR WAVEGUIDE GRATING SLOW-WAVE STRUCTURE WITH THE ARBITRARY SHAPED GROOVES

The rectangular waveguide grating slow-wave structure (SWS) with arbitrary shaped grooves is presented and analyzed in this paper. As an all-metal slow-wave circuit, it has properties that can be used in high-power millimeter-wave or sub-millimeter wave traveling wave tube (TWT). The unified dispersion equation and the expression of coupling impedance are obtained in this paper by means of an approximate field-theory analysis, in which the profile of the groove is approximately replaced by a series of steps and the field continuity at the interface of two neighboring steps together with the field matching conditions at the interface between the groove region and the interaction region are employed. A rectangular groove SWS was manufactured and the cold measurement was made. The experimental data are in good agreement with the numerical calculation. The derived transcendental equations are resolved numerically for four classical structures such as rectangular, dovetail, ladder and cosine. Finally, taking the rectangular waveguide grating SWS with rectangular grooves for example, the influences of physical dimensions on dispersion relation and coupling impedance are discussed.     

DIELECTRIC EFFECT ON THE RADIO-FREQUENCY CHARACTERISTICS OF A RECTANGULAR WAVEGUIDE GRATING TRAVELING WAVE TUBE

A new type of partial-dielectric-loaded rectangular waveguide grating slow-wave structure (SWS) for millimeter wave traveling wave tube (TWT) is presented in this paper. The radio-frequency characteristics including the dispersion properties, the longitudinal electric field distribution and the beam-wave coupling impedance of this structure are analyzed. The results show that the dispersion of the rectangular waveguide grating circuit is weakened, the phase velocity is reduced and the position of the maximum E _z is basically invariant after partially filling the dielectric materials in the rectangular waveguide grating SWS. Although the coupling impedance decreases a little, it still keeps above 40 Ω.     

Dielectric effect on the rf characteristics of a helical groove travelling wave tube

A new type of partial-dielectric-loaded helical groove slow-wave structure (SWS) for millimetre wave travelling wave tube (TWT） is presented in this paper.The radio-frequency characteristics including the dispersion properties,the longitudinal electric field distribution and the beam-wave coupling impedance of this structure are analysed.The results show that the dispersion of the helical groove circuit is weakened,the phase velocity is reduced and the position of the maximum Ez is moved from the mouth to the inside of the groove after partially filling the dielectric materials in the helical groove SWS.Therefore,the dielectric-loaded helical groove SWS is suitable for a multi-beam TWT with broad band and high gain.     

矩形波导栅慢波系统的实验研究

 从实验上研究了矩形波导栅慢波系统的色散特性及其耦合装置的驻波系数，用分布加工的方法分别制作了矩形、燕尾形、梯形3种不同槽形的矩形波导栅慢波结构模型和带输入输出结构的矩形波导栅慢波结构实体模型。采用谐振法测量它们的色散特性和驻波系数，实验结果与理论计算值和模拟值吻合良好。     

新型半矩形环螺旋线慢波结构高频特性

针对行波管更高工作频率和更大输出功率的发展需要,提出了一种半矩形环螺旋线慢波结构。基于三维电磁仿真软件HFSS的模拟研究表明:调控慢波结构的尺寸可以获得合适的色散特性和互作用阻抗,与现有技术的半圆环螺旋线慢波结构相比较,半矩形环螺旋线慢波结构的色散变化很小,但是具有更高的互作用阻抗值。新结构具有平坦色散、高互作用阻抗、与微细加工技术相兼容以及方便与带状电子束互作用的综合优点。     

Study of the double rectangular waveguide grating slow-wave structure

A slow-wave structure (SWS) with two opposite gratings inside a rectangular waveguide is presented and analysed. As an all-metal slow-wave circuit, this structure is especially suited for use in millimetre-wave travelling wave tubes (TWTs) due to its advantages of large size, high manufacturing precision and good heat dissipation. The first part of this paper concerns the wave properties of this structure in vacuum. The influence of the geometrical dimensions on dispersion characteristics and coupling impedance is investigated. The theoretical results show that this structure has a very strong dispersion and the coupling impedance for the fundamental wave is several tens of ohms, but the coupling impedance for --1 space harmonic wave is much lower than that for the fundamental wave, so the risk of backward wave oscillation is reduced. Besides these, the CST microwave studio is also used to simulate the dispersion property of the SWS. The simulation results from CST and the theoretical results agree well with each other, which supports the theory. In the second part, a small-signal analysis of a double rectangular waveguide grating TWT is presented. The typical small-signal gain per period is about 0.45 dB, and the 3-dB small-signal gain bandwidth is only 4\%.     

亚太赫兹波折叠波导扩展互作用振荡器研究

对于亚太赫兹波段扩展互作用振荡器(EIO),本文采用折叠波导作为慢波谐振系统,研究了周期数对高频特性的影响,计算了特征阻抗、起振电流随周期数的变化规律,为有效降低起振电流提供了途径.在此基础上,采用PIC进行模拟研究,探讨了EIO在弱电流连续波和强电流脉冲工作方式下的注波互作用和输出特性,深入分析了EIO的周期数调谐、电压调谐的特性.在连续波工作时,EIO的输出功率约2.5 W;在脉冲工作方式下,通过电压调谐,EIO的输出功率约26-50 W,激发频率约105.26-105.31 GHz.采用慢走丝加工方法,探讨了高频系统的两种加工方式,测试了慢波系统的谐振特性、输出窗的传输特性,并与模拟结果进行了对比分析,验证了该加工方法在该频段的可行性和实用性,为实用型整管研究提高了重要依据.     

正弦波导高频特性分析

对一种全金属慢波系统—–正弦波导的高频特性进行了理论分析.在用一系列相连矩形阶梯逼近余弦槽的基础上,对慢波结构进行了合理的区域划分,获得了各区域的场表达式.考虑槽区的高次驻波项,采用场匹配和导纳匹配相结合的方法,导出色散方程和耦合阻抗表达式.以应用于220 GHz行波管的正弦波导为例进行高频特性的数值求解,理论计算值与全三维电磁软件CST-MWS的仿真值符合良好.在此基础上,详细分析了尺寸参数变化对正弦波导高频特性的影响.     

140GHz大功率交错双栅行波管的设计和模拟研究

采用交错双栅结构,结合带状电子注,研究了一种工作在140 GHz频段的大功率行波管. 本振模数值计算表明该结构具有良好的色散特性和耦合阻抗.针对所采用的慢波结构, 提出了慢波过渡结构、输入输出耦合器和集中衰减器,保证了行波管的良好工作. 利用三维大信号模拟计算的方法得到的结果显示,当电子注直流功率为5.115 kW,输入信号功率为0.1 W时, 所研究的行波管能在132-152 GHz范围内提供大于300 W的峰值功率,其中在138 GHz时得到最大功率546 W, 对应增益为37.37 dB.当在0.027-0.46 W内调节输入信号功率,可以保持该行波管在128-152 GHz 频带内得到大于440 W的峰值功率,对应的电子效率大于8.6%. 结果显示该行波管将在大功率短毫米波领域具有重要意义和潜在应用价值.