基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器的数值模拟

 提出了一种新的基于真空电子学的THz源——基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器（EIO）,它由圆盘加载波导输入谐振腔、漂移管和输出腔构成。利用2.5维电磁仿真软件UNIPIC对其进行了模拟研究,结果表明慢波结构的长度、漂移管的长度和输出腔的半径对输出功率和频率产生显著影响。经过最优化设计,在注电压为24.85 kV、电流为20 mA的条件下,仿真得出其中心频率为755.5 GHz、峰值功率为1.322 5 W的THz波。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

基于场匹配法的双排矩形栅慢波结构高频特性研究

本文运用场匹配法对具有任意位错的双排矩形栅慢波结构的场分布、色散特性及耦合阻抗进行了研究．研究结果表明,场匹配法推导的色散特性与仿真软件CST和HFSS计算的结果完全一致,耦合阻抗介于CST和HFSS之间．在此基础上,详细研究了上下两排系统之间位错对色散特性及耦合阻抗的影响．当位错严格为半个周期时,第一阻带消失,第一个模式最高截止频率与第二个模式最低截止频率重叠,发生简并;当位错为0．45倍周期时,在保证耦合阻抗不变的情况下,基模的通带虽降低了2．8GHz,但阻带却增大了7．9GHz,从而可以有效避免简并及模式竞争的发生．     

基于开槽单矩形栅和圆形电子注的W波段返波振荡器

提出将开槽单矩形栅和圆形电子注作为 W波段返波振荡器的注波互作用回路. 使用 3维电磁场仿真软件CST-MWS对开槽单矩形栅的高频特性进行了仿真分析, 研究结果表明: 相对于传统单矩形栅, 新结构的基模带宽有所展宽; 基模与高次模发生模式竞争的可能性很小; 在采用圆形电子注时新结构能获得大得多的耦合阻抗; 新结构的趋肤损耗略有改善. 将该慢波结构应用于设计一支以94 GHz为频带中心的W 波段返波振荡器: 设计了简洁的慢波过渡部分、输出耦合器和终端匹配衰减器, 优化参数后获得了良好的信号传输特性; 利用粒子模拟软件CST-PS对返波振荡器模型进行了三维大信号注波互作用计算, 设定合适的电子注电流等参数后, 调整工作电压在较宽的频带内获得了瓦级的功率输出, 电子效率在整个频带范围内优于1%. 关键词： 开槽单矩形栅 圆形电子注 返波振荡器 W波段