等离子体加载耦合腔慢波结构色散分析

利用磁化等离子体介电张量和纵向场分量法对任意大小轴向磁场中等离子体填充耦合腔慢波结构进行场分析，得到磁化等离子体填充电子注通道电磁波场分量的轴对称精确解.在此基础上，建立耦合腔分区模型、采用场匹配方法建立色散方程，并数值计算得出不同等离子体密度及磁场下的耦合腔色散曲线.对不同密度等离子体填充情况下的耦合腔色散特性、混合模式的形成机理以及等离子体空间电荷波进行了分析讨论. 关键词： 耦合腔慢波结构 等离子体 混合模式 色散特性     

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．     

轴对称渐变型类周期慢波结构的色散特性

 运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意轴对称渐变型类周期慢波结构色散特性的方法。采用该方法编制了计算渐变型波纹波导和渐变型盘荷波导色散曲线的Matlab程序,详细分析并讨论了这两类典型渐变型类周期慢波结构的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件模拟结果的数据吻合度较高,验证了该数值算法的可靠性。另外,该方法具有较强的普适性和扩展性,也可退化到任意轴对称周期慢波结构色散特性的求解,为慢波结构的设计提供一种简单有效的途径。     

轴对称渐变型类周期慢波结构的色散特性

运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意轴对称渐变型类周期慢波结构色散特性的方法。采用该方法编制了计算渐变型波纹波导和渐变型盘荷波导色散曲线的Matlab程序,详细分析并讨论了这两类典型渐变型类周期慢波结构的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件模拟结果的数据吻合度较高,验证了该数值算法的可靠性。另外,该方法具有较强的普适性和扩展性,也可退化到任意轴对称周期慢波结构色散特性的求解,为慢波结构的设计提供一种简单有效的途径。     

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。     

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。     

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。     

磁绝缘线振荡器同轴慢波结构色散特性分析

同轴慢波结构是磁绝缘线振荡器的核心部分。从麦克斯韦方程组和弗洛奎定理出发,导出了磁绝缘线振荡器同轴慢波结构中TM模式的色散方程,并通过数值计算分析了此慢波结构的几何参数对磁绝缘线振荡器高频特性的影响,为磁绝缘线振荡器慢波结构设计提供了依据。     

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。     

Linear theory of beam–wave interaction in double-slot coupled cavity travelling wave tube

A three-dimensional model of the double-slot coupled cavity slow-wave structure(CCSWS) with a solid round electron beam for the beam–wave interaction is presented. Based on the "cold" dispersion, the "hot" dispersion equation is derived with the Maxwell equations by using the variable separation method and the field-matching method. Through numerical calculations, the effects of the electron beam parameters and the staggered angle between adjacent walls on the linear gain are analyzed.     

耦合腔高频特性的单腔模型研究与应用

在耦合腔结构的高频特性模拟中,基于准周期边界条件法建立的双腔模型,由于两端电场的边界条件完全相同,导致了伪解的出现。本文建立了单腔仿真模型,消除了伪解存在的边界条件,避免伪解的出现。在保证求解精度的基础上,网格数目减少了 62%,总计算时间缩小了 56%,一次性生成色散曲线和耦合阻抗曲线,提高了色散和耦合阻抗的数据处理效率,为高频结构参数优化提供了更有效的途径。采用单腔仿真模型,模拟分析了各结构尺寸对高频特性的影响。     

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。     

切伦柯夫相互作用中分段式慢波结构与均匀慢波结构的比较研究

分析了切伦柯夫束波相互作用中使用单段慢波结构的缺点。指出在分段式慢波结构中,漂移段及其两端的慢波结构组成一Bragg谐振腔,当漂移段长度合适时,根据渡越时间效应理论,这种结构能减小调制束中电子的速度分散,提高束波转化效率。通过粒子模拟方法,比较了均匀慢波结构与分段式慢波结构中束波相互作用的物理图像,验证了理论分析结果,并说明了后者有束密度群聚充分,束电子速度分散小,产生微波功率高、频谱质量好,最佳工作电流大,输入电功率高等优点。     

耦合腔慢波特性及其注-波互作用的三维软件模拟

利用MAFIA软件分别对休斯型耦合腔慢波结构进行了由冷腔到热腔的计算机模拟,并将冷腔模拟结果分别与理论计算结果和实验测试结果进行比较,发现模拟结果更加接近实验值,色散特性的平均误差在0.02%左右,耦合阻抗的平均误差在5%左右,基本满足设计要求;由冷腔模拟结果导入MAFIA三维粒子模拟模块中进行注 波互作用模拟,对其工作机理进行了定性分析。     

幅相一致行波管高频电路CAD研究

在行波管的设计和装配过程中,各部件的尺寸必须严格控制,高频电路参数的离散对行波管色散特性有极大的影响。使用螺旋导电面模型,模拟计算了高频结构各主要参数离散对色散特性和轴向互作用耦合阻抗的影响。分析计算了夹持杆宽度、翼片高度、螺旋线平均半径、螺距、夹持杆介电常数等离散时对色散特性和轴向互作用耦合阻抗的影响,为新型幅相一致行波管的设计和生产提供了很有价值的参考建议。     

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。     

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。