螺旋线慢波结构高频特性的简化模拟方法

 利用3D电磁仿真软件HFSS中的Master/Slaver边界条件,基于螺旋线慢波结构的角向周期性,提出了一种改进的高频特性仿真方法。将具有3根夹持杆的螺旋线慢波结构的仿真模型从1个螺距的长度缩小到了1/3个螺距。仿真结果表明：采用改进后的模型,计算所得的相关高频特性参数与改进前传统模型所得结果基本一致,但是运算时间减少了至少3/4,且频率越高,计算时间上面的优势越大。     

螺旋线慢波结构高频特性的简化模拟方法

利用3D电磁仿真软件HFSS中的Master/Slaver边界条件,基于螺旋线慢波结构的角向周期性,提出了一种改进的高频特性仿真方法。将具有3根夹持杆的螺旋线慢波结构的仿真模型从1个螺距的长度缩小到了1/3个螺距。仿真结果表明：采用改进后的模型,计算所得的相关高频特性参数与改进前传统模型所得结果基本一致,但是运算时间减少了至少3/4,且频率越高,计算时间上面的优势越大。     

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。     

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。     

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     

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     

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。     

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。     

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。     

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。     

140 GHz菱形微带曲折线慢波 结构行波管的模拟计算

提出了一种新型的菱形微带曲折线慢波结构。该结构可适用于低电压、宽带宽、中等功率水平的高效率毫米波行波管。和传统的慢波结构相比,微带曲折线是一种平面结构,因此其加工工艺可采用2维微细加工技术。该结构可以用带状电子束进行注-波互作用,并且不需要额外的电子束通道。给出了菱形微带曲折线慢波结构在140 GHz的色散曲线和注-波互作用模拟分析。研究结果显示:在输入功率为40 mW,带状电子束的电流和工作电压分别为90 mA和7 kV的条件下,该微带曲折线行波管可以获得数十W功率输出,互作用效率可达14.3%,瞬时3 dB带宽为18 GHz(132～150 GHz)。     

140 GHz菱形微带曲折线慢波 结构行波管的模拟计算

提出了一种新型的菱形微带曲折线慢波结构。该结构可适用于低电压、宽带宽、中等功率水平的高效率毫米波行波管。和传统的慢波结构相比,微带曲折线是一种平面结构,因此其加工工艺可采用2维微细加工技术。该结构可以用带状电子束进行注-波互作用,并且不需要额外的电子束通道。给出了菱形微带曲折线慢波结构在140 GHz的色散曲线和注-波互作用模拟分析。研究结果显示：在输入功率为40 mW,带状电子束的电流和工作电压分别为90 mA和7 kV的条件下,该微带曲折线行波管可以获得数十W功率输出,互作用效率可达14.3%,瞬时3 dB带宽为18 GHz(132～150 GHz)。     

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%.     

A novel slotted helix slow-wave structure for high power Ka-band traveling-wave tubes

A novel slotted helix slow-wave structure （SWS） is proposed to develop a high power, wide-bandwidth, and high reliability millimeter-wave traveling-wave tube （TWT）. This novel structure, which has higher heat capacity than a conven- tional helix SWS, evolves from conventional helix SWS with three parallel rows of rectangular slots made in the outside of the helix tape. In this paper, the electromagnetic characteristics and the beam-wave interaction of this novel structure operating in the Ka-band are investigated. From our calculations, when the designed beam voltage and beam current are set to be 18.45 kV and 0.2 A, respectively, this novel circuit can produce over 700-W average output power in a frequency range from 27.5 GHz to 32.5 GHz, and the corresponding conversion efficiency values vary from 19% to 21.3%, and the maximum output power is 787 W at 30 GHz.     

基于双排矩形梳状慢波结构的W波段宽频带行波管模拟研究

提出采用圆形电子注和双排矩形梳状慢波结构作为W波段宽频带行波管注波互作用回路. 对该慢波回路的"冷"态特性、输入输出结构等方面进行了模拟仿真和分析, 研究结果表明, 该结构色散特性较好, 带宽较宽; 通过调整双排矩形梳状慢波结构之间的距离和电子注通道半径的尺寸, 圆形电子注系统取得了和带状注系统相同的耦合阻抗; 且该结构传输特性较好, 优化后整管的驻波比能在较宽的频带内保持在2以下. 此外, 对该慢波系统的大信号理论计算和PIC粒子模拟结果一致. 在50 mW驱动功率下, 输出功率在10 GHz带宽内大于40 W, 增益高于29 dB.     

曲折圆形槽波导慢波系统的高频特性

对曲折圆形槽波导新型慢波系统的高频特性进行了研究,通过理论分析和数值计算,得到了它的色散曲线和耦合阻抗表达式,并分析了结构参数变化对色散特性和耦合阻抗的影响。研究表明：当周期变小时色散减弱,耦合阻抗增加;而增大直波导长度时色散变弱,但同时耦合阻抗也会下降。因此较小的周期有利于改善曲折圆形槽波导慢波电路的高频特性。鉴于这种电路的耦合阻抗较低,可以适当地减小直波导长度来提高耦合阻抗。曲折槽波导结合了曲折波导散热能力强、色散特性好、容易加工和槽波导单模工作、低损耗、大尺寸等优点,在毫米波及亚毫米波段的行波管中具有较好的发展前景。     

金刚石材料对螺旋线慢波组件散热性能的影响

螺旋线慢波组件的散热性能是影响行波管输出功率、工作稳定性及可靠性的重要因素. 金刚石材料具有极高的导热性能,将金刚石材料应用于螺旋线慢波组件的制备,可以在一定程度上改善组件散热性能. 本文计算模拟分析了沉积金刚石薄膜的夹持杆、沉积金刚石薄膜的螺旋线以及金刚石夹持杆对慢波组件散热性能的影响. 结合实验和模拟对比研究,使计算机仿真与实验测试紧密关联,提高了计算机模拟研究准确性,为金刚石材料在慢波组件中的应用提供了重要的参考依据. 关键词： 螺旋线行波管 慢波组件 散热性能 金刚石     

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.