曲折双脊波导慢波结构研究.pdfVIP

曲折双脊波导慢波结构的研究木 何俊’魏彦玉赵国庆岳玲娜王文祥官玉彬 电子科技大学物理电子学院大功率微波电真空器件技术重点实验室，成都，610054 摘要：本文提出了一种曲折双脊波导慢波结构，推导了慢波结构的色散特性和耦合阻抗的理论表达 式；比较了慢波结构高频特性的仿真软件模拟结果和理论数值计算结果，两者吻合较好，说明了高 频特性理论推导的可靠性。此外，在考虑电子注存在的情况下，推导了慢波结构的色散方程，数值 分析了电子注参数对增益和带宽特性的影响；从两种慢波结构增益特性的比较中得知：在增益峰值 相近的情况下，曲折双脊波导慢波结构的带宽更宽，电子效率更高。 关键词：曲折双脊波导慢波结构，色散特性，耦合阻抗，小信号增益 1、引言 行波管作为微波频段应用最广泛的电真空器件，具有其他器件无法比拟的优越性。慢波系统作 为行波管中注一波互作用的核心器件，其性能直接决定了行波管的技术水平。曲折波导作为一类新 型伞金属慢波结构，在实现大功率容量的同时，具有良好的带宽性能。该结构主要有机械强度高、 散热好、功率容量大、加工比较容易以及输入输出耦合结构相对简单等优点；同时，可以采用微细 加工技术来制造Il_3J。基于这些原因，曲折波导慢波结构在国内外受到了广泛的关注。 为了改善曲折波导慢波结构的高频特性，本文提出了一种新犁的曲折双脊波导慢波结构。从理 论上推导了该慢波结构色散特性和耦合阻抗的表达式；通过HFSS仿真软件，对新型慢波线的高频特 性进行模拟，并将模拟结果和数值计算结果进行了比较。在考虑电子注存在的情况下，推导了慢波 结构的色散特性，数值分析了电子注参数对增益和带宽特性的影响，并比较曲折双脊波导慢波结构 和曲折波导慢波结构的增益特性。 2、曲折双脊波导慢波结构高频特性的研究 曲折双脊波导慢波结构如图(1)所示。把双脊波导沿电场面周期性弯曲成直角型曲折线或u 型曲折线，形成慢波结构；并在慢波线横截面的中央从头至尾贯穿孔道，作为电子注通道。电磁波 在曲折双脊波导慢波线内沿曲折路径传播，由于波导的弯曲降低了电磁波的纵向等效相速度。电子 注沿着电子注通道向前传输，当电子注经过波导的间隙部分时，注中的电子会感受到电场力的作用。 当两者满足同步条件时，注波互作用得以持续的进行，实现了信号的放大。 图l曲折双脊波导慢波结构的示意图 资助。 “E mail：skyboyhi@一yahoo．cn；Phone：028 285 2．1色散特性 在曲折双脊波导慢波结构中，沿z’传播的相速‰为： 缈 V力2 F Pwg 其中，氏=厄巧为电磁波在脊力口载曲折’波导中传播时的相位徽 kc=等为截止溅 c为自由空间光速；心为基模的截止频率，是下面方程的最低阶根‘4一引： tan(k。ao／2)一扣(吒孚)+b。o万2__k (2) cbln【csc(寿】=。 第n次空间谐波的相位常数为： f-／—．kL +坐±!!至 ，z：o，：l，：2…。—。。—。 (3) ^一下 P 据相速定义，可以求出各次空间谐波的归一划相速为： 监：旦= (4) c 8n 2．2耦合阻抗 根据行波管慢波系统中耦合阻抗的定义‘71： 。簪 (5) 其中，(％)。为电子注所在位置处的第n次空间谐波的纵向电场幅值。 双脊脊波导中的电