新型反绕双螺旋线慢波系统的分析与设计

 基于降低工艺难度的目的，提出了一种新型反绕双螺旋线慢波系统，该系统的正绕反绕螺旋线半径不等。利用3维电磁软件CST MWS仿真分析了结构参数对色散和耦合阻抗的影响。结果表明：耦合阻抗在螺旋带内半径较大时没有明显下降；减小螺旋带宽度有利于降低相速度和提高耦合阻抗；在一定范围内，相速度随螺距的减小而增大。在此基础上，结合工程要求设计了8 mm波段行波管的新型反绕双螺旋线慢波系统，耦合阻抗达到21 Ω，工作电压约为20 kV，同时由于电子通道半径较大，降低了对电子光学系统的要求；纵向翼片加载的引进较为有效地展宽了带宽。     

考虑螺旋带径向厚度的螺旋线慢波系统的研究

 分析了具有夹持杆和金属屏蔽筒并且考虑了螺旋带径向厚度的螺旋线慢波系统的色散特性和耦合阻抗。通过用切比雪夫多项式来展开螺旋带上的面电流，用真空层来模拟螺旋带的厚度，用均匀分层介质来等效介质夹持杆，得到了色散方程和耦合阻抗的表达式。与实验数据相比，考虑螺旋带厚度所得出的结果明显优于未考虑其厚度的结果。利用该模型设计了两个工作在3GHz的螺旋线慢波系统。     

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。     

衰减器对螺旋线慢波结构高频特性影响的理论研究

以加载衰减器的螺旋线慢波结构作为研究对象，采用螺旋导电面模型，用真空层模拟螺旋带的厚度，用均匀介质层等效分立的介质夹持杆，并考虑到各横向区域横向传播常数的不同，得到了任意次模式的色散方程和耦合阻抗的表达式. 在此基础之上，分析了衰减器对主模和-1次模式的衰减常数、相位常数和耦合阻抗的影响.所得结果对设计衰减器具有理论指导意义，为螺旋线慢波系统高频特性的改善以及反射振荡和返波振荡的抑制提供了理论依据. 关键词： 螺旋线 行波管 衰减 色散     

等离子体加载螺旋线行波管特性研究

利用线性场理论和螺旋线的导电面模型，推导了在强引导磁场下，等离子体加载螺旋线慢波结构的色散关系.数值计算了在不同的等离子体填充密度与填充半径条件下，螺旋线的色散特性、耦合阻抗和行波管的小信号增益.研究发现，在螺旋线中填充了等离子体以后，形成了一种新的混合模式，螺旋线的色散特性与耦合阻抗都发生了很大的变化，行波管的增益得到显著提高. 关键词： 螺旋线行波管 等离子体 混合模式     

考虑螺旋带厚度的翼片加载螺旋线慢波结构的理论分析

 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。首次将考虑螺旋带径向厚度的螺旋带模型应用于翼片加载螺旋线慢波结构，将离散的夹持杆等效为一系列连续的介质层，各层取不同的径向相位常数，得到了实用的色散方程和耦合阻抗表达式。利用导出的方程对实际行波管的螺旋慢波结构进行计算，计算结果与测量结果具有良好的一致性。分析了螺旋带厚度、介质分层数以及外壳半径对计算结果的影响，结果表明考虑螺旋带厚度能大幅提高计算精度。     

带状注行波管双矩形螺旋线慢波结构高频特性北大核心CSCD

针对新型螺旋线慢波结构——双矩形螺旋线慢波结构,即在金属屏蔽框内平行加载两个具有矩形横截面形状的自由螺旋线慢波结构,利用三维电磁仿真软件对其高频特性(色散特性和耦合阻抗)进行模拟研究。结果表明:在相同位置处,与单矩形螺旋线慢波结构相比,双矩形螺旋线慢波结构色散特性变化很小,却有着更高的耦合阻抗;同时,在包含这些位置的空间部分,可采用带状电子注与该慢波结构进行注波互作用,使输出功率进一步得到提高。     

新型自由矩形螺旋线慢波结构高频特性

 在Sheath模型下,采用严格的场匹配法,结合积分形式的边界条件,推导了自由矩形螺旋线的色散方程和耦合阻抗表达式,并与近似理论进行对比。结果表明:与近似理论相比, 严禁场匹配法具有更高的准确性,且采用场匹配法的数值计算结果与3维商业电磁仿真软件结果吻合得很好。从而证明了所采用理论方法的有效性。同时分析了矩形螺旋线横截面尺寸、螺距、螺旋角、纵横比对色散特性和耦合阻抗的影响,结果表明：只有当矩形螺旋线横截面纵横比大于4时,才可忽略横截面的宽度对高频特性的影响,通过调节结构的参数可以改善色散和提高耦合阻抗。     

圆波导梳状慢波结构的耦合阻抗

 对目前慢波结构的模拟计算中存在的问题进行了深入分析，并提出了新的计算耦合阻抗的方法。研究了圆波导梳状慢波结构基波的耦合阻抗,其值可以在较宽频带内大于1 W。该结构内孔径为波长的1/4~1/3，是同一频段螺旋线慢波结构的5倍左右，能容纳比螺旋线大25倍的电流，能够承受比螺旋线大25倍的平均功率。互作用计算表明采用这种慢波结构的行波管在Ka波段可获得的最高功率达170 kW。     

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。     

Tape Analysis of an Inhomogeneously-Loaded Helical Slow-Wave Structure for Broad-Band Traveling-Wave Tubes

Theoretical simulation of the dispersion and interaction impedance characteristics of an inhomogeneously-loaded helical slow-wave structure is validated. The structure is supported by double-curve-shaped rods which are smoothed out into a number of dielectric tubes with their respective effective permittivity values. The effects of the helix thickness are taken into account by considering a free-space gap equal to the difference between the mean helix radius and the outer helix radius. Moreover, the helix tape model is used instead of the simpler sheath-helix model. The theoretical predictions are compared with those of MAFIA simulation. The dispersion error is found to be within 3–6 percent and the impedance characteristic is in great agreement with that of MAFIA simulation. At last, for the sake of comparison, the cold-test characteristics under sheath-helix model are also provided.     

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。     

渐变螺距螺旋线慢波系统高频特性的仿真分析

 为实现渐变螺距螺旋线慢波结构高频参数的高精度估计，基于MAFIA仿真平台，研究了螺距变化对超宽带螺旋线慢波系统(4~18 GHz)的色散、互作用阻抗与衰减常数的影响，获得了各高频参数随螺距变化的规律。研究表明：相速几乎随螺距增大而线性变大，互作用阻抗与螺距是非线性的关系，衰减常数随螺距增大而非线性地减小；由于在维持电子注与电磁波速度同步的限制下，螺距变化的幅度不可能很大，因此可近似按线性关系来处理互作用阻抗及衰减常数与螺距之间的关系。由此提出了一种可精确计算渐变螺距螺旋线慢波结构高频参数的方法－线性插值法     

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。     

螺旋线厚度对螺旋线慢波结构高频特性的影响

在螺旋坐标系下采用近似场匹配法研究了厚度较厚的螺旋线慢波结构的高频特性,得到了其色散方程,并数值计算了螺旋线厚度对慢波系统的相速的影响。结果表明:随螺旋线厚度的增加,慢波结构的色散曲线变得平坦,色散变弱,带宽增加。与软件仿真结果及Hook的螺旋线模型对比表明:采用近似场匹配法的计算结果与CST仿真吻合得更好,比Hook模型具有更高的准确性,从而证明所采用理论方法的有效性。     

Investigation of a wideband folded double-ridged waveguide slow-wave system

The folded double-ridged waveguide structure is presented and its properties used for wide-band traveling-wave tube are investigated.Expressions of dispersion characteristics,normalized phase velocity and interaction impedance of this structure are derived and numerically calculated.The calculated results using our theory agree well with those obtained by using the 3D electromagnetic simulation software HFSS.Influences of the ridge-loaded area and broad-wall dimensions on the high frequency characteristics of the novel slow-wave structure are discussed.It is shown that the folded double-ridged waveguide structure has a much wider relative passband than the folded waveguide slow-wave structure and a relative passband of 67% could be obtained,indicating that this structure can operate in broad-band frequency ranges of beam-wave interaction.The small signal gain property is investigated for ensuring the improvement of bandwidth.Meanwhile,with comparable dispersion characteristics,the transverse section dimension of this novel structure is much smaller than that of conventional one,which indicates an available way to reduce the weight of traveling-wave tube.