带状螺旋线研究中的坐标变换

分析了带状螺旋线行波管中电磁场分量在柱坐标系下的Floquet形式，证明适当的坐标变换是电磁场分量写成变量分离形式的充分条件.螺旋带平面展开后，应用坐标变换得到的电磁场分量变量分离形式是去除面电流分布假设的理论基础.计算并分析了一个典型结构的色散和耦合阻抗，计算结果与实验结果有很好的一致. 关键词： 螺旋带 坐标变换 色散 耦合阻抗     

等离子体加载螺旋线行波管特性研究

利用线性场理论和螺旋线的导电面模型，推导了在强引导磁场下，等离子体加载螺旋线慢波结构的色散关系.数值计算了在不同的等离子体填充密度与填充半径条件下，螺旋线的色散特性、耦合阻抗和行波管的小信号增益.研究发现，在螺旋线中填充了等离子体以后，形成了一种新的混合模式，螺旋线的色散特性与耦合阻抗都发生了很大的变化，行波管的增益得到显著提高. 关键词： 螺旋线行波管 等离子体 混合模式     

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。     

螺旋线行波管注波互作用时域理论

研究了螺旋线行波管中电子注与高频场互作用的时域理论.电子对场的作用由高频场方程和空间电荷场方程模拟,场对电子注的作用由运动方程模拟.在螺旋导电面模型下利用安培环路定理和法拉第电磁感应定律得到了时域高频场方程.利用空间电荷波模型处理空间电荷场,得到了空间电荷场方程.将高频场和空间电荷场代入洛伦兹力方程,得到了运动方程.利用耦合阻抗处理高频场方程的激励源,使得高频场方程的求解能够借助诸如HFSS或HFCS等高频模拟软件来实现,增强了时域理论的灵活性.基于上述理论,编写软件数值模拟某螺旋线行波管,验证了时域理论的可行性.     

衰减器对螺旋线慢波结构高频特性影响的理论研究

以加载衰减器的螺旋线慢波结构作为研究对象，采用螺旋导电面模型，用真空层模拟螺旋带的厚度，用均匀介质层等效分立的介质夹持杆，并考虑到各横向区域横向传播常数的不同，得到了任意次模式的色散方程和耦合阻抗的表达式. 在此基础之上，分析了衰减器对主模和-1次模式的衰减常数、相位常数和耦合阻抗的影响.所得结果对设计衰减器具有理论指导意义，为螺旋线慢波系统高频特性的改善以及反射振荡和返波振荡的抑制提供了理论依据. 关键词： 螺旋线 行波管 衰减 色散     

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。     

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。     

变周期大结构低压工作折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决工作在3 mm波段及以上频段的折叠波导行波管因加工精度和功率容量的局限性, 提出了非渐变型有限变周期折叠波导慢波结构. 首先给出了这种结构能够有效增大高次空间谐波耦合阻抗的理论基础, 并导出了色散和耦合阻抗表达式; 然后进行数值计算, 给出一组优化后的设计参数, 并以此确定行波管的工作点; 最后利用MAFIA粒子模拟软件进行大信号互作用模拟, 获得有效增益. 在结构和周期都比较大的情况下, 实现了相对工作电压比较低的行波管设计. 关键词： 折叠波导 变周期 高次模式 行波管     

脊加载同轴交错圆盘波导的高频特性

提出脊加载同轴交错圆盘波导慢波结构,并用电磁场仿真软件HFSS对其色散特性和耦合阻抗进行了计算,分析了不同结构参数对其高频特性的影响。研究表明:脊加载同轴交错圆盘波导有较好的色散特性,它比非同轴结构的带宽有明显增加,同时可以降低慢波结构的相速,用作行波管慢波结构时可以降低工作电压。脊加载同轴交错圆盘波导是一种全金属结构,散热性能好,损耗低,在毫米波及亚毫米波段的行波管中有较好的应用前景。     

Nonlinear time-dependent simulation of helix traveling wave tubes

A one-dimensional nonlinear time-dependent theory for helix traveling wave tubes is studied. A generalized electromagnetic field is applied to the expression of the radio frequency field. To simulate the variations of the high frequency structure, such as the pitch taper and the effect of harmonics, the spatial average over a wavelength is substituted by a time average over a wave period in the equation of the radio frequency field. Under this assumption, the space charge field of the electron beam can be treated by a space charge wave model along with the space charge coefficient. The effects of the radio frequency and the space charge fields on the electrons are presented by the equations of the electron energy and the electron phase. The time-dependent simulation is compared with the frequency-domain simulation for a helix TWT, which validates the availability of this theory.     

A three-dimensional time-dependent theory for helix traveling wave tubes in beam-wave interaction

This paper presents a three-dimensional time-dependent nonlinear theory of helix traveling wave tubes for beamwave interaction.The radio frequency electromagnetic fields are represented as the superposition of azimuthally symmetric waves in a vacuum sheath helix.Coupling impedance is introduced to the electromagnetic field equations’ stimulating sources,which makes the theory easier and more flexible to realize.The space charge fields are calculated by electron beam space-charge waves expressed as the superposition solutions of Helmholtz equations.The focusing forces due to either a solenoidal field or a periodic permanent magnetic field is also included.The dynamical equations of electrons are Lorentz equations associating with electromagnetic fields,focusing fields and space-charge fields.The numerically simulated results of a tube are presented.     

Sheath thickness evaluation for collisionless or weakly collisionalbounded plasmas

The widely used Child-Langmuir law for sheath thickness evaluation in semi-infinite collisionless plasmas makes the assumptions of quasi-neutrality (n_e=n_i) and zero electric field intensity E=0 at the sheath edge, as well as applying the Bohm criterion for ions entering the sheath. However, through a whole region fluid model, Poisson's equation has been solved numerically for the steady-state solution through the sheath and presheath without these assumptions. With the sheath edge defined, as in the Child-Langmuir law, at the place where the ion velocity is equal to the Bohm velocity, the sheath thickness of a bounded collisionless or weakly collisional plasma has been found with this model in some cases to be much larger than that obtained with the Child-Langmuir Law. The sheath thickness discrepancy is significant under conditions found in low pressure high density plasma (HDP) tools for plasma processing. Results presented indicate that the sheath thickness is very sensitive to the electric field and space charge density at the sheath edge. The electric field and space charge density can be successfully estimated by an intermediate scale matching method, and are used to derive a modified expression for the potential in the sheath that can be solved numerically for sheath thickness. With these results, the matching problem, arising when sheath and plasma are modeled separately, can be overcome     

具有非广延分布电子的碰撞等离子体磁鞘的结构

很多关于等离子体鞘层的研究工作都是基于电子满足经典的麦克斯韦速度分布函数,而等离子体中的粒子具有长程电磁相互作用,使用Tsallis提出的非广延分布来描述电子更为恰当.本文建立一个具有非广延分布电子的碰撞等离子体磁鞘模型,理论推导出受非广延参数q影响的玻姆判据,离子马赫数的下限数值会随着参数q的增大而减小.经过数值模拟,发现与具有麦克斯韦分布(q=1)电子的碰撞等离子体磁鞘对比,具有超广延分布(q<1)和亚广延分布(q>1)电子的碰撞等离子体磁鞘的结构各有不同,包括空间电势分布、离子电子密度分布、空间电荷密度分布.模拟结果显示非广延分布的参数q对碰撞等离子体磁鞘的结构具有不可忽略的影响.希望这些结论对相关的天体物理、等离子体边界问题的研究有参考价值.     

磁化等离子体填充螺旋线的色散方程

利用等离子体流体理论和纵向场分量法，结合螺旋线的导电面模型，对在有限磁场作用下，填充等离子体的螺旋线进行了严格的场分析. 在给出各区域电磁场分量表达式的基础上，利用螺旋线的边界条件，导出了磁化等离子体填充螺旋线中电磁波传播所满足的色散方程，并对所导出的色散方程进行了讨论. 关键词： 有限磁场 等离子体 螺旋线 色散方程     

Current density distribution along conducting sheath helix encapsulated silver metal cylinder coated with dielectric material under L-nihility and upon oblique incidence

Abstract

This communication is aimed at investigating the electromagnetic (EM) characteristics of silver metal cylinder coated with homogeneous dielectric material, which is loaded with tightly wound perfectly electrical conducting sheath helix (outside of the dielectric layer) structure of different angles of orientation. Considering the L-nihility kind of behavior of silver metal at a particular frequency, the current density distributions are discussed corresponding to the parallel polarization (transverse magnetic) of the incident EM wave. The investigations are made taking into account the different values of oblique incidence, and also, the orientation angle of sheath helix structure. It is found that the current density, and hence the scattering of radiation, greatly depends on these parameters, and its magnitude increases with the increase in helix pitch as well as the angle of incidence.     

太赫兹波在磁化等离子体中传输特性

建立了电磁波穿过磁化等离子体鞘套的一维模型,并采用数值分析方法对太赫兹（THz）电磁波在磁化等离子体鞘套中传播时的反射率、透射率和衰减值进行了计算仿真,分析了磁化条件下磁场强度、太赫兹波频率、等离子体鞘套厚度、等离子体碰撞频率和等离子体密度对太赫兹波在磁化等离子体鞘套中传播特性的影响。仿真结果表明:排除衰减波峰对应的频率范围,外加磁场有效降低了太赫兹波传输的衰减,在固定磁场强度下,衰减波峰两侧的衰减值均达到了5 dB以下,有效地解决了通信黑障问题。