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曲折矩形槽波导慢波系统的高频特性宰 薛东海王文祥岳玲娜魏彦玉宫玉彬 (电子科技大学物理电子学院成都464000) 【摘要】本文对曲折圆形槽波导新型慢波系统的高频特性进行了研究，通过理论分析和数 值计算，得到了它的色散曲线和耦合阻抗，并分析了结构参数变化时对色散特性和耦合阻抗的影 响。曲折槽波导结合了曲折波导散热能力强、色散特性好、容易加工和槽波导单模工作、低损耗、 大尺寸等优点，因此这种新型的慢波系统有可能在毫米波及亚毫米波段的行波管中具有较好的发 展前景。 关键词行波管慢波系统色散特性耦合阻抗 行波管是一种宽频带、高功率的微波器件，它的性能优劣直接由慢波电路所决定， 传统的螺旋线和耦合腔慢波电路由于分别具有宽频带和高功率的特点而得到了广泛 的应用，但它们都不能做到兼有这两个优点，这也是人们在设计慢波电路时普遍遇到 的一个难题。为了追求更宽的频带和更高的功率，不断有新型的慢波结构被提出，由 G．Dohler等人提出的曲折波导就是其中比较好的一种口】，曲折波导作为一种全金属 结构由于具有良好的散热性能而使功率可以大为提高[21，同时这种电路的色散比较 弱，具有相当宽的频带。目前对曲折波导的研究还主要限于矩形波导或H波导E面弯 曲而成的慢波系统，对其他截面形状的曲折波导还未见报导。槽波导是F．J．Tischer 等人提出的一种波导结构，根据截面形状的不同又可以分为矩形槽波导、V形槽波导 和圆形槽波导等，F．J．Tiseher等人的研究结果表明，槽波导具有较宽的单模工作频 带、低损耗、大尺寸和高率容量等特点，是一种理想的毫米波及亚毫米波传输线口】。 本文试图将二者的优点结合起来，提出曲 折矩形槽波导新型慢波系统的概念并对它 的高频特性进行了初步的探讨，通过理论 分析和数值计算，得到了它的色散曲线和 耦合阻抗，并分析了参数的变化对色散特 性和耦合阻抗的影响。 如图1示，曲折矩形槽波导是将矩形 槽波导在X-Z平面内弯曲而成，其基模的 电磁场沿着弯曲的槽传播，电子注沿轴线 依次横穿各个槽，与电磁场发生相互作用， 由于波导中的电磁场在远离槽区的方向上 下 按指数形式衰减日】，经过一定距离后电磁 2a Z 上 场变得很小，因此四周可以直接用金属板 或介质材料支撑，也可以在金属板或介质 材料内表面涂覆微波吸收材料来减少反射 图1 曲折矩形槽波导的截面图 波。同矩形波导弯曲而成的曲折波导相比，曲折矩形槽波导更容易加工并且有现成的 电子通道，在高频端的壁损耗也小得多。 ’本课题受四川省青年基金(03QZ026．58)和教育部新世纪优秀人才计划资助 407 1．曲折圆形槽波导的色散特性 曲折矩形槽波导的结构参数如图1示，其中槽的结构尺寸分别为2a、2b、2d， 周期2L，沿弯曲槽的一个周期长度2Z，中间直波导段的长度为2H，孽=7rL／2-I-2H。 在H和L的值较大的情况下，可以不考虑波导拐角引起的反射和相邻槽之间耦合的 影响，对曲折矩形槽波导色散特性的分析类似于E面弯曲的曲折矩形波导Ⅲ。 p。L=届名+(2n-I-1)万 (1) 其中J6I=√七2一七孑，k=∞√掣，k。 是均匀矩形槽波导的截止波数，可以用 横向谐振法【41求出，p。是电子注所“看 到’’的第n次空间谐波的相位常数，口 是圆形槽波导中主模传播的相位常数， 额外加的一个万是由于电磁场每经过 一个L都要改变一次方向，c为光速。 反映p。～七变化关系的曲线如图2示， 曲折矩形槽波导的结构参数分别取： mm，L=7mm， a=1．5mm，b=0．5mm，d=l H=2mm。图中不同的线型表示不同次空 间谐波，第n次空间谐波的曲线与第0 图2曲折圆形槽波导的色散曲线 次空间谐波的曲线只是平移2nx，由’，|P=co／／3可以得到相速与光速比的表达式： C 粤 J．Q翌±!生 (2) 一=一L k