矩形栅慢波系统的高频特性分析.pdfVIP

　第 17 卷 　第 8 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 17 ,No . 8 　 　2005 年 8 月 H I GH PO W ER L A SER AND PA R T ICL E B EA M S A ug . ,2005 　 文章编号 : 　100 14322 (2005) 矩形栅慢波系统的高频特性分析 王冠军, 　宫玉彬 , 　路志刚, 　魏彦玉 　王文祥 ( 电子科技大学 物理电子学院, 四川 成都 6 10054) 　　摘 　要 : 　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 。 　　关键词 : 　矩形栅 ; 　色散关系 ; 　耦合阻抗 ; 　慢波系统 　　中图分类号 : 　 TN 124 　　　　文献标识码 : 　A 　　矩形栅在微波及毫米波技术中有着广泛的应用 ,尤其是它作为一种经典的慢波结构被大量的微波电子系 统所采用 ,例如返波振荡器和行波管等[ 1 ] 。而它最吸引人的一个优点是栅结构在小尺寸 、短波长情况下的可量 测性 。 　　对矩形栅的理论研究主要基于对慢波结构边值问题的简化处理 ,其中最主要的简化是对槽区内场的恰当 表示 。槽区内的场可表示为一无限的傅里叶系列 ,普遍的处理方法是只取其最低模式 ,称为单模近似法 。在结 [2 ,3 ] [4 ] 构周期远小于真空中基模波长的情况下 ,理论结果 与实验结果 有很好的符合 。为了克服单模近似的局限 性 ,我们保留槽区内场的高次项 ,将其表示为一无限本征驻波之和的形式 ,利用匹配法 ,来求得矩形栅慢波系统 的高频特性 ,即色散关系和耦合阻抗 。 1 　色散关系 　　矩形栅慢波系统如图 1 所示 ,矩形波导高为 D , 宽为 w , 栅周期为 p , 槽深为 h , 槽宽为 d 。图 1 所示的结构所支 持的慢波模为相对于 y 方向的横电模 T Ey 模[2 ,3 ] ,此系一 ( ω) 混合模 。假设波场对时间的依赖关系为 exp i t , 可省略 不计 。假设 Ey = 0 , 则关于 H y 的波动方程可写为 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) 2 + 2 + 2 + k0 H y x , y , z = 0 1 x y z ω 式中: k0 = 为自由空间波数, c 为真空中的光速 。假设波 c Fig . 1 　R