Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,并结合介质加载波导的冷场分析,通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度,通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上,对Kα 关键词： Kα波段介质加载回旋行波管 绝对不稳定性 自激振荡 小信号增益     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，并结合介质加载波导的冷场分析，通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度，通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上，对Kα     

介质加载回旋行波管小信号分析

 应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，结合介质加载波导的冷场分析，数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度。改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡。结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线。     

脊加载螺旋槽行波管的小信号增益计算

脊加载螺旋槽行波管是一类新型毫米波大功率器件,给出了此结构中引入电子注后的“热”色散方程,并利用“牛顿”下山法求解了此复系数超越方程.通过数值计算给出了一个工作电压为20kV频率为474GHz的脊棱加载慢波结构的具体尺寸,并对此结构中小信号增益随脊尺寸的变化情况及电子注参数对其影响进行了研究,计算结果表明：此结构适宜于作为高增益窄带毫米波大功率行波管的慢波线,其3dB增益带宽为34%;为了展宽其工作带宽,可以适当减小间隙宽度,也可在一定范围内提高电子注电流.给出的理论对于研制此类行波管具有一定的指导意 关键词：     

介质加载折叠波导行波管的线性分析

提出了一种介质加载折叠波导慢波结构,给出了该结构中存在电子注时慢波互作用的热色散方程,在介电常数ε_r=1的特殊情况下该方程即简化为普通折叠波导的小信号工作方程.在给定慢波结构尺寸的基础上,分析比较了介质加载对放大器小信号增益特性的影响,结果表明:"弱加载"(介质厚度d/a<0.1)时,无需重新设计慢波结构的参数,只需适当调整工作电压和电流就可以满足原有设计要求,而且和未加载时相比增益特性更为平坦,降低的电子注阻抗也有利于电子效率的提高.考虑到 关键词： 折叠波导 行波管放大器 介质加载 热色散方程     

脊加载曲折波导行波管注波互作用的线性理论研究

提出了一类新型毫米波大功率微波器件——脊加载曲折波导行波管,推导出了引入电子注后的"热"色散方程.通过数值求解此方程,研究了加脊尺寸和电子注参数对小信号增益影响.计算结果表明:通过适当的尺寸设计和工作参数的选择,此结构在Kα波段具有18.51%的3 dB增益带宽和1.15 dB/周期的增益;相比于常规曲折波导结构,脊加载结构在保证一定带宽的情况下,具有更高的增益和电子效率;为了进一步提高增益,可以适当增加脊宽度和高度,也可在一定范围内增加电子注电流. 关键词： 毫米波 曲折波导 脊加载 小信号增益     

同轴膜片加载圆波导相对论行波管注-波互作用线性理论研究

 从改善圆盘加载波导作为相对论行波管慢波结构的特性入手，加入同轴内导体，着重研究其小信号理论。利用场匹配法导出了“热”色散方程并计算求解，具体分析了系统的电子注参量及慢波结构几何尺寸对小信号增益及慢波相速的影响,为同轴圆盘加载相对论行波管的设计提供了理论基础。     

开敞型角向周期加载金属柱圆波导的注波互作用线性理论研究

提出了一种可应用于毫米波功率放大器中的新型慢波结构——-开敞型角向周期 加载金属柱圆波导结构,并且在互作用通道内,引入了薄环形电子注, 推导出了此时的"热"色散方程,并且对基于该新型慢波结构的行波管的 小信号增益特性进行了深入探讨.通过数值方法 研究了金属柱尺寸和电子注参数 对器件线性特性的影响. 结果表明: 通过对金属柱尺寸的适当设计, 可以获得更高的增益值. 与封闭型结构的比较结果表明, 开敞型角向周期加载金属柱圆波导结构能够 有效地提高小信号增益, 并且对带宽的影响不大. 研究结果为研制基于此新型慢波系统的毫米波行波管奠定了理论基础.     

螺旋坐标系下考虑厚度的螺旋线行波管小信号研究(英文)

采用螺旋坐标系对有限厚度的螺旋带行波管进行了注波互作用的线性理论分析,利用自洽场理论得出了此结构中引入电子注后的"热"色散方程,数值计算了其小信号增益,分析了电子注参数和螺旋线厚度对于螺旋线慢波系统的色散特性的影响。结果表明:螺旋线厚度的增加,行波管的小信号增益也会增加,且带宽也略有增加。该结论为高增益宽频带的螺旋线行波管放大器的设计提供了理论基础。     

太赫兹波段折叠波导行波管的线性分析和计算

给出了太赫兹波段折叠波导行波管中考虑管壁欧姆损耗的带电子束扰动的色散方程。求解该方程可以得到器件中小信号增益的值。通过编制Matlab程序,分析计算了不同工作点、不同折叠波导结构参数和不同工作频段时小信号增益的变化特性。计算结果表明:适当选取工作点和结构参数,可以获得最佳增益值;考虑损耗后,除了前向增长的辐射场外,还会出现反向传输的静态波;随着工作频段向高频方向延伸,前向波的增益显著降低,而反向波强度则增大。因此,工作频率提高时,为了达到一定大小的增益,需要的折叠波导的周期数也相应增加。     

W波段带状注矩形单栅返波振荡器模拟研究

提出并研究了一种带状电子注矩形单栅返波振荡器。首先研究了矩形单栅慢波结构的色散特性和耦合阻抗特性,然后粒子模拟并优化设计了带状注矩形单栅高频结构,预群聚腔及输出一体化结构。研究结果表明:利用电压200kV、电压2kA、截面为24mm×0.5mm的带状电子注,驱动该矩形单栅返波振荡器,能够产生42 MW的输出功率,工作频率86GHz,效率为10.5%。     

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.     

Small-signal analysis of a rectangular helix structure traveling-wave-tube

This paper investigates the properties of traveling wave-beam interaction in a rectangular helix traveling-wave-tube (TWT) for a solid sheet electron beam. The `hot' dispersion equation is obtained by means of the self-consistent field theory. The small signal analysis, which includes the effects of the beam parameters and slow-wave structure (SWS) parameters, is carried out by theoretical computation. The numerical results show that the bandwidth and the small-signal gain of the rectangular helix TWT increase as the beam current increases; and the beam voltage not obviously influences the small signal gain. Among different rectangular helix structures, the small-signal gain increases as the width of the rectangular helix SWS increases, however, the bandwidth decreases whether structure parameters a and L or ψ and L are fixed or not. In addition, a comparison of the small-signal gain of this structure with a conventional round helix is made. The presented analysis will be useful for the design of the TWT with a rectangular helix circuit.     

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.     

双排矩形波导慢波结构W波段行波管

利用CST PIC计算了基于双排矩形波导慢波结构的W波段行波管的注波互作用,在采用10 kV,70 mA的电子注的条件下,在92~97 GHz范围内,输出功率大于35 W,增益大于30 dB,电子效率约为5%。即使在10 kV较低的电压下,双排矩形波导慢波结构的尺寸仍然较大,有利于降低制造难度。提出了一种基于电火花线切割的加工制造工艺,成功制造了双排矩形波导慢波结构部件。在92~97 GHz范围内对所需盒形窗和电子枪进行了计算机模拟,设计、加工了盒形窗和电子枪的相关零件,制造了相关部件。将慢波结构部件和输能窗部件组装起来进行了冷测,驻波比在90~100 GHz范围内小于2.067。     

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     

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\%.     

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%.