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。     

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。     

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。     

带状注行波管双矩形螺旋线慢波结构高频特性

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

翼片加载螺旋带慢波结构的损耗特性

 因为金属不可能具有理想的导电性能，慢波系统的损耗总是存在的，因此衰减常数是衡量一个慢波系统优劣的重要参数之一。考虑螺旋带径向厚度，对介质进行分层，取不同的径向相位常数对翼片加载螺旋线慢波结构建立了螺旋带模型，详细推导了衰减常数表达式。计算结果表明，考虑螺旋带径向厚度将提高衰减常数的计算值，螺旋线本身的损耗占整个系统损耗的大部分。     

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。     

Characteristics of terahertz slow-wave system with two-dimensional photonic band-gap structure

A terahertz slow-wave system model consists of a photonic crystal with two-dimensional band-gap structure and a slow-wave plate as its periodic unit. The electromagnetic field in the slow-wave system has been numerically simulated. The dispersion relation and the coupled impedance of the backward wave mode in the system have been calculated for a variety of geometric settings. The results indicate that this model would be a promising candidate for the slow-wave system with single stable backward wave mode.     

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。     

沟道板慢波电路的高频特性

 提出了一种适用于毫米波行波放大器的慢波电路——沟道板慢波电路,该慢波电路的基本结构与沟道梯型慢波电路相似,但其环与金属壁间使用金属板相连。使用场论方法分析了沟道板慢波电路,得到的色散结果与CST的模拟结果之间的误差在1.5%以内。计算表明,沟道板慢波电路与沟道梯型慢波电路的耦合阻抗特性相似,且沟道板电路的色散相对较弱,具有更宽的带宽。     

螺旋带行波管耦合磁导纳的计算

 通过对螺旋带行波管带上表面电流的Chebyshev展开,得出了色散关系,求出了电场分量和磁场分量的表达式,进而求得了耦合阻抗和耦合磁导纳。计算并分析了一个典型结构的纵向电磁场分量,由这些分量得出的耦合阻抗与Chernin等的结果有很好的一致性,说明了电场表达式的有效性。场表达式可应用于３维行波管CAD的程序编写,耦合磁导纳的计算程序更是行波管CAD不可缺少的部分。