脊加载螺旋槽行波管的小信号增益计算

脊加载螺旋槽行波管是一类新型毫米波大功率器件,给出了此结构中引入电子注后的“热”色散方程,并利用“牛顿”下山法求解了此复系数超越方程.通过数值计算给出了一个工作电压为20kV频率为474GHz的脊棱加载慢波结构的具体尺寸,并对此结构中小信号增益随脊尺寸的变化情况及电子注参数对其影响进行了研究,计算结果表明：此结构适宜于作为高增益窄带毫米波大功率行波管的慢波线,其3dB增益带宽为34%;为了展宽其工作带宽,可以适当减小间隙宽度,也可在一定范围内提高电子注电流.给出的理论对于研制此类行波管具有一定的指导意 关键词：     

介质加载回旋行波管小信号分析

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,结合介质加载波导的冷场分析,数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度。改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡。结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线。     

介质加载回旋行波管小信号分析

 应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,结合介质加载波导的冷场分析,数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度。改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡。结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线。     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,并结合介质加载波导的冷场分析,通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度,通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上,对Kα 关键词： Kα波段介质加载回旋行波管 绝对不稳定性 自激振荡 小信号增益     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，并结合介质加载波导的冷场分析，通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度，通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上，对Kα     

介质加载折叠波导行波管的线性分析

提出了一种介质加载折叠波导慢波结构,给出了该结构中存在电子注时慢波互作用的热色散方程,在介电常数ε_r=1的特殊情况下该方程即简化为普通折叠波导的小信号工作方程.在给定慢波结构尺寸的基础上,分析比较了介质加载对放大器小信号增益特性的影响,结果表明:"弱加载"(介质厚度d/a<0.1)时,无需重新设计慢波结构的参数,只需适当调整工作电压和电流就可以满足原有设计要求,而且和未加载时相比增益特性更为平坦,降低的电子注阻抗也有利于电子效率的提高.考虑到 关键词： 折叠波导 行波管放大器 介质加载 热色散方程     

介质加载复合光栅结构的色散特性研究

提出了一种用于Smith-Purcell器件的介质加载金属光栅周期慢波结构.通过采用本征函数法和单模近似法求解了介质加载金属光栅的"热"色散方程,在同步点得到了注-波互作用的一阶和二阶增长率,分析了光栅槽宽和槽深对色散特性的影响,并研究了电子注参数及其与光栅表面距离等主要参数对增长率特性的影响.结果表明:通过介质加载金属光栅有利于减弱色散,随着介质相对介电常数、槽宽度以及深度的增大,色散曲线变平缓且向低频区移动;当电子注参数变化时,一阶增长率曲线从整体上粗略地描述增长率变化趋势,二阶曲线则更精细地描述增长率相应值的变化.利用软件MAGIC对该结构的色散特性进行了二维模拟,模拟结果与理论计算值符合良好.     

周期排列共振放大介质的小信号增益特性研究

研究一维周期排列共振放大介质的小信号增益特性.研究结果表明小信号增益随着作用长度的增加表现出异常的放大特性.在满足严格布拉格共振条件下，介质折射率分布形成的带隙和增益效应之间的相互竞争决定了透射光场的变化.进一步讨论了增益大小与激子参数和共振原子之间的依赖关系. 关键词： 周期共振放大介质 小信号增益 光子带隙     

球面反射镜的放大自发辐射方法测量小信号增益的理论研究

提出了球面反射镜的放大自发辐射（ＡＳＥ）方法测量小信号增益的理论模型，给出了相应的小信号增益系数的计算公式，该公式具有精确，简洁，显函数等特点，该模型有抑制光束横向分布引起的测量误差的机制。     

增益介质中发散光束的小尺度自聚焦

将Bepalov-Talanov理论拓展为发散光束在增益介质中的情形,研究了介质小信号增益和饱和增益情况下小尺度扰动的自聚焦特性.在小信号增益情形下,对于确定的输入功率,不同的光束初始曲率半径,小尺度调制增长的临界频率、最快增长频率及其对应的最大增益随介质小信号增益或传输距离的变化有不同的变化性质.光束初始曲率半径表征着光束衍射发散的程度,它的减小在一定程度上能够使小尺度调制的最快增长频率和最大增益减小.小信号增益情形下,对于确定的输出功率,增加介质小信号增益,扰动的最大增益会随之减小,而最快增长频率相应向低频方向移动.相比于小信号增益情形,饱和增益介质情形下小尺度调制增长的最快增长频率及最大增益较小.在不同的系统设计中,需权衡放大器增益及光束参数,选择合适的系统参数及光束控制装置进行实际应用.     

Study of the double rectangular waveguide grating slow-wave structure

A slow-wave structure (SWS) with two opposite gratings inside a rectangular waveguide is presented and analysed. As an all-metal slow-wave circuit, this structure is especially suited for use in millimetre-wave travelling wave tubes (TWTs) due to its advantages of large size, high manufacturing precision and good heat dissipation. The first part of this paper concerns the wave properties of this structure in vacuum. The influence of the geometrical dimensions on dispersion characteristics and coupling impedance is investigated. The theoretical results show that this structure has a very strong dispersion and the coupling impedance for the fundamental wave is several tens of ohms, but the coupling impedance for --1 space harmonic wave is much lower than that for the fundamental wave, so the risk of backward wave oscillation is reduced. Besides these, the CST microwave studio is also used to simulate the dispersion property of the SWS. The simulation results from CST and the theoretical results agree well with each other, which supports the theory. In the second part, a small-signal analysis of a double rectangular waveguide grating TWT is presented. The typical small-signal gain per period is about 0.45 dB, and the 3-dB small-signal gain bandwidth is only 4\%.     

7.8GHz power generation device design using a rectangular dielectric-loaded waveguide

In this paper, we present a design where a bunched relativistic electron beam traversing inside the rectangular dielectric-loaded (DL) waveguide is used as a high power microwave generation device. Two kinds of methods of calculating the electromagnetic (EM) field excited by a bunched beam are introduced, and in the second method the calculation of EM pulse length is discussed in detail. The desired operating mode is the LSM_11 due to its strong interaction with the electron beam. For the designed 7.8~GHz operating frequency, with a 100~nC/bunch drive train of electron bunches separated by 0.769~ns, we find that high gradient (>30~MV/m) and high power (>160~MW) can be generated. An output coupler is also designed which is able to extract the generated power to standard waveguides with a 94% coupling efficiency.     

矩形栅慢波系统的高频特性分析

对于矩形栅这一经典的慢波结构,采用场匹配法来分析其慢波特性,进而得到其耦合阻抗。其中对槽区内的场处理,保留其高次项,表示为一无限本征驻波之和的形式。然后通过数值实例具体分析了矩形栅的两种典型结构：浅槽栅和深槽栅。当增大槽深后,色散增强,系统通带变窄,同时耦合阻抗有明显增大,工作点移向前向波区,适合用在放大器的慢波结构上。     

折叠矩形槽波导行波管输入输出过渡波导

为了将槽波导端与标准矩形波导相连接,设计了一种适用于折叠槽波导结构行波管的输入输出过渡波导, 可将其视为槽宽渐变的双槽加载矩形波导。利用电磁仿真软件CST微波工作室对该结构进行仿真计算,讨论了各个结构参数对其性能的影响。对比了直线渐变、抛物线渐变和指数渐变3种槽宽渐变规律在W波段对其传输特性及损耗特性的影响。研究结果表明:指数渐变结构的驻波系数小于1.15的带宽比其他两种结构都要宽,且在90~99 GHz、驻波系数小于1.25时,该结构的整体长度也远小于另外两种结构,能够实现良好的过渡效果; 而直线渐变结构的损耗在90~97 GHz为最低。     

具有任意槽的矩形波导栅慢波结构高频特性的研究

将任意形状槽的连续轮廓近似用一系列相连的矩形阶梯近似，利用各阶梯面上导纳的匹配，以及槽与互作用区边界场的连续与匹配条件，获得了具有任意槽的矩形波导栅慢波结构的色散方程和耦合阻抗的表达式，并进行理论上的验证.加工制作了矩形槽波导栅模型，冷测表明理论值与测量值相吻合.分别求解几种特殊槽形矩形波导栅慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构的色散和耦合阻抗均最弱，而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 矩形波导栅 任意槽 色散特性 慢波结构     

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。     

同轴膜片加载圆波导相对论行波管注-波互作用线性理论研究

从改善圆盘加载波导作为相对论行波管慢波结构的特性入手,加入同轴内导体,着重研究其小信号理论。利用场匹配法导出了“热”色散方程并计算求解,具体分析了系统的电子注参量及慢波结构几何尺寸对小信号增益及慢波相速的影响,为同轴圆盘加载相对论行波管的设计提供了理论基础。     

结构参数对折叠波导行波管工作性能的影响

分析和计算了互作用区折叠波导截面长宽比(b/a)、直边高度和电子束通道大小等结构参数对太赫兹波段折叠波导行波管工作性能的影响。结果表明：互作用区衰减常数随b/a的增大而减小, 耦合阻抗和小信号增益则随b/a的增大先增加而后减小, 存在最优值。电子束通道越大, 衰减常数越大, 耦合阻抗和小信号增益降低得越多。相对于电子束通道, 增益和损耗对直边高度的敏感程度显著降低。因此为了提高器件功率容量, 可适当增加折叠波导的高度;在保证电子束能够顺利传输的前提下, 电子束通道越小越好。在折叠波导行波管的实际研制中, 可依据具体的实验条件和要求, 在适当的范围内合理选取互作用区各结构参数的值。     

内开槽矩形波导栅慢波电路高频特性的数值分析

介绍了用德国CST公司提供的MWS 4.2软件模拟计算色散特性和耦合阻抗的理论方法,对内开槽矩形波导栅结构的高频特性进行了数值模拟。结果表明：在传统矩形波导栅结构的基础上,开槽后的矩形波导栅结构比开槽前的相速更低,用作行波管的慢波结构时,可降低工作电压,工艺上容易实现,而且耦合阻抗均在45 W以上,满足毫米波行波管的要求;在内开槽宽度一定的前提下,槽深、栅间距和栅周期的增大对降低系统相速有利。