带状螺旋线研究中的坐标变换

分析了带状螺旋线行波管中电磁场分量在柱坐标系下的Floquet形式，证明适当的坐标变换是电磁场分量写成变量分离形式的充分条件.螺旋带平面展开后，应用坐标变换得到的电磁场分量变量分离形式是去除面电流分布假设的理论基础.计算并分析了一个典型结构的色散和耦合阻抗，计算结果与实验结果有很好的一致. 关键词： 螺旋带 坐标变换 色散 耦合阻抗     

耦合腔慢波结构冷测特性的计算方法

 对几种用3维MAFIA仿真软件以及利用其准周期边界条件和后处理模块计算耦合腔行波管慢波结构的色散和耦合阻抗等冷测特性的方法进行了讨论，另外还对两种阻抗＿总阻抗和Pierce耦合阻抗的定义进行了充分讨论。考虑到休斯结构耦合腔行波管的电子是与耦合腔慢波结构的负一次谐波发生作用和耦合阻抗应该是电子注截面上的平均值等，指出总阻抗和Pierce耦合阻抗之间相差一个因子，考虑了这个修正因子之后，其结果将更接近实际情况。用这些方法计算耦合腔行波管的冷测特性，得到了与实验冷测值十分接近的结果。     

微扰实验法测试螺旋线行波管耦合阻抗及模拟仿真

 应用有限元仿真软件HFSS,建立了准确的3维螺旋线行波管耦合阻抗仿真模型。应用该模型,对微扰实验法在微扰杆内电场所做出的4个假设和近似,进行了定量的分析和讨论：电场在轴向是均匀的,忽略掉轴向高次空间谐波的存在;电场在角向是均匀的,忽略掉角向高次空间谐波的存在;忽略掉电场中TE波部分,认为电场角向分量为零;假设微扰前后的电场是相等的。同时,对微扰杆的尺寸和介电常数与耦合阻抗的依赖关系进行了模拟分析。结果表明：当微扰法所引入的假设和近似逐步消失后,微扰法的结果最后收敛于定义法。     

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.     

变周期大结构低压工作折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决工作在3 mm波段及以上频段的折叠波导行波管因加工精度和功率容量的局限性, 提出了非渐变型有限变周期折叠波导慢波结构. 首先给出了这种结构能够有效增大高次空间谐波耦合阻抗的理论基础, 并导出了色散和耦合阻抗表达式; 然后进行数值计算, 给出一组优化后的设计参数, 并以此确定行波管的工作点; 最后利用MAFIA粒子模拟软件进行大信号互作用模拟, 获得有效增益. 在结构和周期都比较大的情况下, 实现了相对工作电压比较低的行波管设计. 关键词： 折叠波导 变周期 高次模式 行波管     

S波段宽带大功率连续波耦合腔行波管3维模拟设计

 使用3维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用行为。使用完整的仿真模型完成了S波段连续波管型的设计，达到如下设计指标：工作频率2.0~2.3 GHz，输出功率4.3 kW，频带内增益波动±0.7 dB。提出了使用大介电常数微扰介质棒减小耦合阻抗计算误差的方法，研究了行波管的冷腔特性，给出了色散、耦合阻抗等参数。     

幅相一致行波管高频电路CAD研究

 在行波管的设计和装配过程中，各部件的尺寸必须严格控制，高频电路参数的离散对行波管色散特性有极大的影响。使用螺旋导电面模型，模拟计算了高频结构各主要参数离散对色散特性和轴向互作用耦合阻抗的影响。分析计算了夹持杆宽度、翼片高度、螺旋线平均半径、螺距、夹持杆介电常数等离散时对色散特性和轴向互作用耦合阻抗的影响，为新型幅相一致行波管的设计和生产提供了很有价值的参考建议。     

复合多铁链的磁电耦合行为与外场调控

对含有界面磁电耦合的有限长铁电-铁磁多铁链体系进行了研究,基于矢量离散化思想,构建了描述其磁电性质的微观海森伯模型.利用传递矩阵方法获得了磁化强度、电极化强度、磁电化率等关键热力学量的解析表达式,重点探讨了界面磁电耦合、外场以及单离子各向异性对体系磁电耦合行为的影响和调控.研究结果表明,界面磁电耦合对体系的磁化强度和电极化强度均起促进作用.电场驱动下的电致磁电化率具有更强的磁电关联效应,预示着外电场能够有效地调控体系的磁性行为.而在磁致磁电化率中观察到的低温峰主要源于外磁场的诱导.此外,在高电场作用下体系比热容还呈现出有趣的三峰结构,这种三峰结构是自旋态的热激发以及电偶极矩的电场和温度共同激发导致的.     

螺旋线径向挤压变形对其慢波结构冷测特性的影响

 介绍了用MAFIA软件的准周期边界条件计算螺旋线行波管慢波结构的色散和耦合阻抗，以及用ANSYS软件对螺旋线径向挤压变形建模的方法，并对螺旋线受挤压径向变形对其冷测特性的影响进行了详细的分析。结果表明:螺旋线径向挤压变形会导致相速增大，而在通常的变形范围内耦合阻抗也会增加；当变形继续增大时耦合阻抗上升到最大值后开始下降。     

大功率行波管两级降压收集极的设计

主要介绍了某X波段大功率耦合腔脉冲行波管两级降压收集极的CAD分析、结构设计及研制结果。通过使用国营第七七二厂2.5维互作用程序软件包(TWTC软件)对行波管输出端96条电子轨迹的半径,轴向、径向速度模拟并分析,判断电子注层流性情况,然后对两级降压收集极进行光学设计、结构设计和热分析,装管验证结果表明:实测值结果与理论计算的两级降压收集极各电极电流分配比例、收集极效率等参数接近。     

The Beam-Wave Interaction in a Ka-Band Relativistic Coupled-Cavity TWT

By the method of the eigen mode expansion, a full three-dimensional (3-D) model has been developed that can be used to investigate the beam-wave interaction in a high-power, Ka-band relativistic coupled-cavity traveling-wave tube (TWT). In the tube studied by us, a sever in the interaction section is used to restrain the oscillation of RF electromagnetic fields between the input and output end. In this case, the asymmetric hybrid HTM₁₁ mode has little impact on the main interaction process ^[1,2], so the RF electromagnetic fields mainly interacting with the modulated electron beam belong to the symmetric mode TM₀₁. The presented model includes three-dimensional RF fields, three-dimensional electron motions, and improved three-dimensional space-charge fields including dc and ac space-charge fields. Moreover, this model can also calculate backward radiation excited by modulated electron beam and the direct effect of the transverse electron motion on the energy exchange. Our calculation results show that the space-charge field has evident effect on the interaction process, the transverse electron motion has some, and the backward radiation has little.     

Analysis of a Novel Ka-band Folded Waveguide Amplifier for Traveling-Wave Tubes

A novel Ka-band folded waveguide （FW） amplifier for traveling wave tubes （TWT） is investigated. The dispersion curve and interaction impedance are obtained and compared to the normal FW circuit by numerical simulation. The interaction impedance is higher than a normal circuit through the whole band. We also study the beamwave interaction in this novel circuit, and the nonlinear large-signal performance is analyzed by a 3-D particlein-cell code MAGIC3D. A much higher continuous-wave （CW） output power with a considerably shorter circuit compared to a normal circuit is predicted by our simulation. Moreover, the novel FW even has a broader 3-dB bandwidth. It therefore will be useful in designing a miniature but high-power and broadband millimeter-wave TWT.     

行波管中慢电磁行波与电子注非线性互作用普遍理论

在同时考虑多信号输入和相对论效应的情况下，利用波导激励理论获得了行波管中慢电磁行波与电子注非线性互作用的全三维自洽工作方程组，包括激发方程、运动方程、能量转化方程、相位演化方程等，适合大部分行波管中慢电磁行波与电子注的非线性互作用过程.利用该理论具体分析了一个宽带螺旋线行波管在多信号输入时的交叉调制，并与实验结果进行了比较，验证了理论和计算的正确性.另外，还模拟了一个相对论盘荷波导行波管中的非线性注波互作用过程. 关键词： 行波管 慢电磁行波 非线性注波互作用 交叉调制     

螺旋线行波管三维频域非线性注波互作用的计算

基于行波管中慢电磁行波的周期传输特性和能流坡印廷定理,考虑高频结构的衰减、切断、螺距的渐变与跳变对互作用的影响,建立了螺旋线行波管三维场论非线性自洽工作方程组.通过傅里叶展式将时域中的电流变换为与频率相关的交流电流分量,采用等离子体粒子模拟的方法,求解离散化的亥姆霍兹方程获得空间电荷场的三维数值解.计算三维电子轨迹,得到精确的互作用后的电子能谱结构,为多级降压收集极的设计提供关键参数.计算结果与电子所Ku波段的测试值比较具有较好的一致性,并分析了互作用后的电子能谱结构,与多级降压收集极的实验基本符合. 关键词： 行波管 非线性注波互作用 空间电荷场 等离子体粒子模拟     

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。     

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.     

螺旋线行波管慢波结构设计及注波互作用模拟

通过模拟计算,分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响,优化慢波结构,初步设计了Ku波段螺旋线行波管慢波结构。模拟行波管输入输出结构,得到输入端反射系数小于-19 dB,电压驻波比小于1.24。电子聚焦系统采用周期永磁聚焦,磁场周期为8.5 mm,计算得到磁场峰值为0.17 T。为提高注波互作用效率,采用具有动态速度渐变特性的慢波结构,使得电子注与高频场有足够的互作用时间,从而保证电子不断地将能量交给高频场。运用三维PIC粒子模拟软件分析行波管的注波互作用,得到在12.5~16 GHz频率范围内输出功率大于88.7 W,电子效率大于14.8%,增益大于34.6 dB。     

翼片加载螺旋线慢波结构的螺旋带模型

 翼片加载螺旋线慢波结构广泛应用于大功率、宽频带行波管中。建立了翼片加载螺旋线慢波结构的螺旋带模型，得到了实用的色散方程、耦合阻抗和衰减常数的表达式。利用导出的方程对实际行波管的螺旋慢波结构进行计算，并与测量结果和导电面模型进行了比较，计算结果与测量结果具有良好的一致性。分析了不同管壳半径对色散特性的影响。     

An open-styled dielectric-lined azimuthally periodic circular waveguide for a millimeter wave traveling-wave tube

An open-styled dielectric-lined azimuthally periodic circular waveguide (ODLAP-CW) for a millimeter-wave traveling-wave tube (TWT) is proposed, which is a modified form of a dielectric-lined azimuthally periodic circular waveguide (DLAP-CW). The slow-wave characteristics of the open-styled DLAP-CW are studied by using the spatial harmonics method, which includes normalized phase velocity and interaction impedance. The complicated dispersion equations are numerically solved with MATLAB and the results are in good agreement with the simulation results obtained from HFSS. The influence of structural parameters on the RF properties is investigated based on our theory. The numerical results show that the optimal thickness of the metal rod can increase the interaction impedance, with the dielectric constant held fixed. Finally, the slow-wave characteristics and transmission properties of an open-styled structure are compared with those of the DLAP-CW. The results validate that the mode competition is eliminated in the improved structure with only a slight influence on the dispersion characteristics, which may significantly improve the stability of an open-styled DLAP-CW-based TWT, and the interaction efficiency is also improved.