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基于DRIE的太赫兹行波管硅基低损耗慢波结构工艺技术研究
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作者 吴杰 杨扬 +9 位作者 刘欣 严可 郑源 冯堃 王政焱 姜理利 黄旼 李忠辉 朱健 陈堂胜 《固体电子学研究与进展》 CAS 2024年第5期369-373,共5页
行波管慢波结构的制造通常采用计算机数字化控制精密机械加工技术。随着工作频率的提升,对慢波结构特征尺寸精度的要求达到微纳米级,导致加工难度大、周期长,成本高昂,一定程度上限制了技术的快速发展。硅基MEMS加工工艺具备优秀的三维... 行波管慢波结构的制造通常采用计算机数字化控制精密机械加工技术。随着工作频率的提升,对慢波结构特征尺寸精度的要求达到微纳米级,导致加工难度大、周期长,成本高昂,一定程度上限制了技术的快速发展。硅基MEMS加工工艺具备优秀的三维形貌可控性,尺寸控制精度高,批次一致性较好。本文针对太赫兹行波管功率源对双槽深折叠波导慢波结构的设计要求,开发了基于硅基底材料的三维集成工艺制造技术。采用光刻胶掩蔽结合介质掩蔽工艺方法,聚焦优化深反应离子刻蚀(Deep reactive ion etching,DRIE)中刻蚀钝化平衡参数,完成了电镀金和金金键合的完整工艺流程开发,实现了工作频率达0.65 THz、单位长度插入损耗低至1.6 dB/mm的高性能硅基太赫兹慢波结构150 mm晶圆级工艺制备,为太赫兹行波管的技术突破和应用发展建立了技术基础。 展开更多
关键词 太赫兹 慢波结构 低损耗 硅基 MEMS 深反应离子刻蚀(DRIE)
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太赫兹真空器件中超深金属慢波结构的微加工技术
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作者 姜琪 李兴辉 +2 位作者 冯进军 蔡军 潘攀 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期759-767,共9页
太赫兹真空电子器件物理结构尺寸变化随着波长的减小而减小,对微小结构的尺寸精度与表面粗糙度要求也大大增加。随着器件频率进入到太赫兹频段,慢波结构的深度达到几十微米或者百微米量级,加工的难点主要有:材料为金属,结构超深,表面粗... 太赫兹真空电子器件物理结构尺寸变化随着波长的减小而减小,对微小结构的尺寸精度与表面粗糙度要求也大大增加。随着器件频率进入到太赫兹频段,慢波结构的深度达到几十微米或者百微米量级,加工的难点主要有:材料为金属,结构超深,表面粗糙度要求达到几十纳米量级,微电铸后金属含氧量极小,结构密度大不漏气,经得起后续近千摄氏度的高温处理工艺等。文章介绍了太赫兹频段下器件慢波结构的加工方式,着重讨论利用深反应离子刻蚀(DRIE)技术和紫外−光刻、电铸(UV-LIGA)技术加工超深金属慢波结构的技术和和特点,并介绍了本实验室利用UV-LIGA加工折叠波导的研究进展。 展开更多
关键词 太赫兹真空电子器件 微机电系统 深反应离子刻蚀 紫外−光刻、电铸 慢波结构
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耳型折叠波导慢波结构W波段行波管
3
作者 高畅 张小青 +3 位作者 穆涵硕 潘攀 蔡军 冯进军 《太赫兹科学与电子信息学报》 2024年第1期6-10,16,共6页
毫米波行波管具有大功率、宽频带、高增益等特点,广泛用于雷达、高速通信、电子对抗等现代军事装备中。为提高折叠波导耦合阻抗并考虑工程应用性,提出一种耳型折叠波导新型慢波结构。与常规矩形波导相比,工作频带内耦合阻抗提高30%以上... 毫米波行波管具有大功率、宽频带、高增益等特点,广泛用于雷达、高速通信、电子对抗等现代军事装备中。为提高折叠波导耦合阻抗并考虑工程应用性,提出一种耳型折叠波导新型慢波结构。与常规矩形波导相比,工作频带内耦合阻抗提高30%以上,损耗降低10%。研制的耳型折叠波导W波段行波管,在工作电压21.9 kV,电流210 mA,占空比为5%时,10.8 GHz带宽内输出功率大于192 W,峰值功率达278 W,电子效率和增益分别达到6.3%和44.6 dB,行波管工作稳定。 展开更多
关键词 W 新型折叠慢波结构
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基于T形四周期谐振慢波结构的X波段高功率微波产生技术的理论与仿真
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作者 骆新耀 薛宇哲 +2 位作者 徐彻 杜创洲 刘庆想 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期95-102,共8页
优化设计了T形四周期谐振慢波结构,并进行了高频理论分析.利用镜像法将T形波导单元进行脊波导化等效设计,并通过等效电路分析了等效脊波导的高频特性,由此进行T形波导的谐振频率与结构解析理论分析.在此基础上构造了T形四周期谐振慢波结... 优化设计了T形四周期谐振慢波结构,并进行了高频理论分析.利用镜像法将T形波导单元进行脊波导化等效设计,并通过等效电路分析了等效脊波导的高频特性,由此进行T形波导的谐振频率与结构解析理论分析.在此基础上构造了T形四周期谐振慢波结构,对该结构进行色散特性分析,确定谐振模式和频率,得到了模式同步电压范围.最后基于提出的T形周期谐振慢波结构进行对应的相对论扩展互作用辐射源的仿真验证.通过三维粒子仿真模拟分析及优化设计,在448 kV注电压、400 A注电流和0.4 T的均匀轴向磁场条件下,得到了频率为9.8 GHz、平均输出功率71.4 MW的高功率微波,对应电子效率为39.8%.本文提出的以T形波导为单元的新型谐振慢波结构有效地利用较少周期实现高效率、高功率微波产生,为高功率微波科学提供了有效的高频结构的紧凑化方案. 展开更多
关键词 高功率微 扩展互作用 慢波结构 渡越辐射振荡器
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慢波结构等效介电常数提取方法研究
5
作者 张红玲 葛俊祥 汪洁 《计算机与数字工程》 2024年第8期2518-2523,共6页
针对天线和微波器件设计中小型化问题,论文研究了电容增强型慢波结构降低电磁波相速,达到小型化技术。通过加载周期性金属盲孔构成的慢波结构,可以大幅度提高微带贴片天线和微波腔体的等效介电常数。研究表明,对于相同结构和尺寸的慢波... 针对天线和微波器件设计中小型化问题,论文研究了电容增强型慢波结构降低电磁波相速,达到小型化技术。通过加载周期性金属盲孔构成的慢波结构,可以大幅度提高微带贴片天线和微波腔体的等效介电常数。研究表明,对于相同结构和尺寸的慢波结构,上述两种方法所获得的等效介电常数提升是一致的。论文针对应用需求,设计了一种电容增强型慢波结构,其慢波效果十分明显,对应的等效介电常数可提高约50%,理论上对应的天线及微波器件电路尺寸可缩减30%以上。论文的仿真与实验测试结果支持了以上结论,且仿真结果和实测结果吻合度较高。 展开更多
关键词 器件与天线 小型化 周期性慢波结构 等效介电常数
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氢气退火在UV-LIGA制作折叠波导慢波结构中的影响
6
作者 姜琪 谢云竹 +3 位作者 李兴辉 潘攀 蔡军 冯进军 《太赫兹科学与电子信息学报》 2023年第10期1198-1203,共6页
详细研究了利用紫外-光刻、电铸(UV-LIGA)技术制作全铜结构折叠波导各个阶段中氢气退火工艺对实验的影响。氢气退火工艺主要用于两个阶段:第一阶段为对铜基板的烧氢处理(前期),第二阶段为实现金属结构后对基板和铸层整体的烧氢处理(后期... 详细研究了利用紫外-光刻、电铸(UV-LIGA)技术制作全铜结构折叠波导各个阶段中氢气退火工艺对实验的影响。氢气退火工艺主要用于两个阶段:第一阶段为对铜基板的烧氢处理(前期),第二阶段为实现金属结构后对基板和铸层整体的烧氢处理(后期)。实验发现,前期氢气退火除清洁基板、降低内应力外,还能发生晶界迁移,使晶粒在高温下生长趋于稳定,利于生长与之结合更紧密的电铸层。但该处理需提前至基板抛光之前,否则会导致平整度变差。后期氢气退火除检测全铜结构能否经受高温焊接外,还有助于进一步去除光刻胶,并促进基板和铸层在高温下生长为结合紧密的共同体。 展开更多
关键词 氢气退火 紫外-光刻、电铸技术 慢波结构 折叠
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W波段新型矩形环慢波结构行波管研究 被引量:1
7
作者 戴睿 魏望和 +1 位作者 丁文豪 姜宇 《科学技术创新》 2023年第17期27-30,共4页
为了顺应行波管高功率、高效率、小型化的发展趋势,设计了工作于W波段的矩形环对角双杆慢波结构行波管。仿真结果表明:在工作电压12.4 kV,工作电流0.08 A的条件下,矩形环对角双杆慢波结构可获得106.69 W的最大输出功率,增益可达27.27 dB... 为了顺应行波管高功率、高效率、小型化的发展趋势,设计了工作于W波段的矩形环对角双杆慢波结构行波管。仿真结果表明:在工作电压12.4 kV,工作电流0.08 A的条件下,矩形环对角双杆慢波结构可获得106.69 W的最大输出功率,增益可达27.27 dB,电子效率达到10.75%,3-dB带宽为18 GHz。 展开更多
关键词 W 矩形环对角双杆 慢波结构
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Ku波段环圈慢波结构高功率行波管设计 被引量:1
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作者 邱志杰 魏望和 丁文豪 《真空电子技术》 2023年第5期70-75,共6页
更高的工作频率和更大的输出功率是当前行波管发展的主要方向。为满足Ku波段行波管日益提升的大功率和高效率发展需求,本文在分析慢波结构参数对色散和互作用阻抗影响的基础上,开展了Ku波段环圈慢波结构高功率行波管研究。研究显示,在12... 更高的工作频率和更大的输出功率是当前行波管发展的主要方向。为满足Ku波段行波管日益提升的大功率和高效率发展需求,本文在分析慢波结构参数对色散和互作用阻抗影响的基础上,开展了Ku波段环圈慢波结构高功率行波管研究。研究显示,在12.8 kV和0.4 A的工作条件下,环圈行波管可以提供2672.9 W的峰值输出功率,对应的增益和电子效率分别为51.26 dB和26.10%,瞬时3 dB带宽达到2.5 GHz(14~16.5 GHz)。 展开更多
关键词 环圈 慢波结构
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1.03THz折叠波导慢波结构及电子光学系统研究
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作者 李佳潞 潘攀 孟维思 《真空电子技术》 2023年第2期20-27,50,共9页
太赫兹真空电子器件成为未来主要的发展方向,本文对1.03 THz折叠波导慢波结构及电子光学系统进行了研究,分析了不同电子注通道形状对于折叠波导特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗、衰减特性、功率、增益等,并且利用OPERA 3D软件设计了... 太赫兹真空电子器件成为未来主要的发展方向,本文对1.03 THz折叠波导慢波结构及电子光学系统进行了研究,分析了不同电子注通道形状对于折叠波导特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗、衰减特性、功率、增益等,并且利用OPERA 3D软件设计了电子光学系统。仿真结果表明,在中心1.03 THz频率处,与矩形电子注通道折叠波导慢波结构相比,圆形电子注通道的结构色散曲线更为平缓,耦合阻抗提升6.9%,损耗降低6.8%;在10 GHz带宽内功率提升47.4%,增益提升1.2 dB,互作用长度缩短12.3%。在工作电压为17.4 kV时,阴极发射电流大于3 mA,电子注半径为0.012 mm,在均匀区永磁聚焦系统中可稳定传输。 展开更多
关键词 太赫兹 折叠慢波结构 电子注通道 功率 增益 电子光学系统 永磁聚焦系统
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平面超材料对曲折线慢波结构行波管效率改善和杂模抑制的影响
10
作者 李周琦珺 文政 +1 位作者 张志强 罗积润 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期43-49,共7页
针对U型曲折线慢波结构带状注行波管杂模抑制和互作用效率提高等面临的挑战,提出了一种开口菱形超材料结构。在综合考虑电路单元谐振性能、与U型曲折线慢波结构之间的协调配合以及电路实现可行性和结构简单等因素,通过电路设计和数值模... 针对U型曲折线慢波结构带状注行波管杂模抑制和互作用效率提高等面临的挑战,提出了一种开口菱形超材料结构。在综合考虑电路单元谐振性能、与U型曲折线慢波结构之间的协调配合以及电路实现可行性和结构简单等因素,通过电路设计和数值模拟优化等具体措施相结合,探讨这种超材料对增强注波互作用表面电场和抑制电路振荡的效果。在Ka波段优化的结果表明,这种超材料在抑制杂波和改善注波互作用效率方面效果明显,对此类行波管稳定性提高具有重要意义。 展开更多
关键词 超材料 曲折线慢波结构 互作用 杂模抑制
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同轴慢波结构相对论高功率微波产生器初步实验研究 被引量:10
11
作者 肖仁珍 刘国治 +4 位作者 林郁正 陈昌华 邵浩 胡咏梅 王宏军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期839-842,共4页
对一种同轴慢波结构相对论高功率微波产生器进行了初步的实验研究。利用数值模拟优化得到的结构,建立了实验装置。初步实验结果表明:该种器件具有微波产生效率高的优点,在实验系统并没有达到优化状态的情况下得到的微波转换效率达28%,... 对一种同轴慢波结构相对论高功率微波产生器进行了初步的实验研究。利用数值模拟优化得到的结构,建立了实验装置。初步实验结果表明:该种器件具有微波产生效率高的优点,在实验系统并没有达到优化状态的情况下得到的微波转换效率达28%,峰值功率约为1.3 GW。微波频率基本不随二极管电压变化,约为7.7 GHz,这与文献中数值模拟给出的结果一致。 展开更多
关键词 高功率微 同轴慢波结构 数值模拟 产生效率
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亚毫米波折叠波导慢波结构的损耗特性研究 被引量:13
12
作者 张长青 宫玉彬 +1 位作者 魏彦玉 王文祥 《半导体光电》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期880-884,944,共6页
损耗是慢波结构的重要参量之一。采用理论与仿真的方法分析了在亚毫米波段(220GHz)折叠波导慢波结构的导体损耗。在理论模型计算了弯曲波导段的衰减系数,并考虑了波导内表面粗糙度对电导率的影响,从而使模型更接近实际情况。计算结果表... 损耗是慢波结构的重要参量之一。采用理论与仿真的方法分析了在亚毫米波段(220GHz)折叠波导慢波结构的导体损耗。在理论模型计算了弯曲波导段的衰减系数,并考虑了波导内表面粗糙度对电导率的影响,从而使模型更接近实际情况。计算结果表明,弯曲波导段的衰减常数大于直波导段,而且理论模型计算出的每周期折叠波导电路的损耗与高频仿真软件HFSS的结果吻合较好,说明理论模型有较高的精确度。在此基础上,分析了慢波结构参数变化对损耗的影响。 展开更多
关键词 损耗特性 折叠 慢波结构
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140GHz菱形微带曲折线慢波结构行波管的模拟计算 被引量:8
13
作者 沈飞 魏彦玉 +5 位作者 许雄 徐进 巩华荣 黄民智 宫玉彬 王文祥 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期139-141,共3页
提出了一种新型的菱形微带曲折线慢波结构。该结构可适用于低电压、宽带宽、中等功率水平的高效率毫米波行波管。和传统的慢波结构相比,微带曲折线是一种平面结构,因此其加工工艺可采用2维微细加工技术。该结构可以用带状电子束进行注-... 提出了一种新型的菱形微带曲折线慢波结构。该结构可适用于低电压、宽带宽、中等功率水平的高效率毫米波行波管。和传统的慢波结构相比,微带曲折线是一种平面结构,因此其加工工艺可采用2维微细加工技术。该结构可以用带状电子束进行注-波互作用,并且不需要额外的电子束通道。给出了菱形微带曲折线慢波结构在140 GHz的色散曲线和注-波互作用模拟分析。研究结果显示:在输入功率为40 mW,带状电子束的电流和工作电压分别为90 mA和7 kV的条件下,该微带曲折线行波管可以获得数十W功率输出,互作用效率可达14.3%,瞬时3 dB带宽为18 GHz(132~150 GHz)。 展开更多
关键词 菱形微带曲折线 慢波结构 微细加工
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新型同轴慢波结构特性的研究 被引量:7
14
作者 于新华 蒙林 +2 位作者 鄢杨 张红卫 胡庆 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期497-499,共3页
为了克服因增加返波管功率容量而引起的模式竞争问题,提出了波纹内导体同轴慢波结构,导出了该结构在冷腔时的TM0n模式色散方程,并数值计算和分析了该结构的色散特性。分析结果表明:采用该结构的返波管能够很好地改善模式竞争。
关键词 纹内导体 同轴慢波结构 色散方程 模式抑制
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同轴慢波结构相对论高功率微波产生器理论分析 被引量:11
15
作者 肖仁珍 刘国治 +1 位作者 林郁正 陈昌华 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期241-244,共4页
推导了同轴波导的空间电荷限制流,其值大于圆波导的空间电荷限制流。因此在阴极电势和束流相等的情况下,同轴波导中的束流具有更高的动能,同轴器件有可能获得更高的微波转换效率。理论推导出同轴慢波结构中考虑束流空间电荷影响的色散方... 推导了同轴波导的空间电荷限制流,其值大于圆波导的空间电荷限制流。因此在阴极电势和束流相等的情况下,同轴波导中的束流具有更高的动能,同轴器件有可能获得更高的微波转换效率。理论推导出同轴慢波结构中考虑束流空间电荷影响的色散方程,利用Matlab进行了编程求解。不考虑束流空间电荷影响时,编程计算结果与Superfish模拟结果一致。由考虑束流空间电荷影响的色散方程数值计算结果,可知文献中提出的同轴慢波结构相对论高功率微波产生器工作在准TEM模的π模,频率为7.67 GHz,峰值时间增长率较高,电子束损失的能量与其初始能量之比为34%。这些结果均与文献中的数值模拟结果一致。同时理论分析说明该种器件无论在能量转换效率,还是在产生微波脉冲的上升时间上均具有优势。 展开更多
关键词 高功率微 同轴慢波结构 空间电荷限制流 色散曲线
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翼片加载螺旋线慢波结构的螺旋带模型 被引量:10
16
作者 张勇 莫元龙 +1 位作者 李建清 周晓岚 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第6期887-891,共5页
 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...  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。 展开更多
关键词 色散特性 耦合阻抗 衰减常数 翼片加载 螺旋线慢波结构 螺旋带模型
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多注耦合腔慢波结构冷测特性研究 被引量:6
17
作者 杨军 邓光晟 +3 位作者 吕国强 李为 蔡斐 胡跃辉 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期1-4,共4页
对多注耦合腔慢波结构的色散和耦合阻抗特性参数的计算分析方法进行了讨论,特别是边注耦合阻抗的模拟算法。利用准周期边界条件计算了Ku波段五注耦合腔慢波结构色散特性,直接通过定义式得到了-1次谐波纵向电场分布和5个电子注的耦合阻... 对多注耦合腔慢波结构的色散和耦合阻抗特性参数的计算分析方法进行了讨论,特别是边注耦合阻抗的模拟算法。利用准周期边界条件计算了Ku波段五注耦合腔慢波结构色散特性,直接通过定义式得到了-1次谐波纵向电场分布和5个电子注的耦合阻抗曲线。比较了垂直于电子注传播方向截面上x、y坐标轴上电场Ez的分布,以及各电子注耦合阻抗的差别与变化趋势,分析讨论了多注电子耦合阻抗的特点,对实际多注耦合腔行波管设计有一定指导意义。 展开更多
关键词 耦合腔 慢波结构 冷测特性 多注
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W波段折叠波导慢波结构设计及三维注波互作用模拟 被引量:5
18
作者 蔡军 冯进军 +2 位作者 廖复疆 黄明光 邬显平 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第B12期2342-2346,共5页
本文综合分析了折叠波导的几何尺寸和电子束参数,运用电磁场软件MAFIA的粒子模拟程序对三维折叠波导慢波结构进行了模拟.模型中,电磁波通过波导模式导入;为了克服较大空间电荷效应造成的电子注发散,使用了纵向聚焦磁场.基于三维互作用... 本文综合分析了折叠波导的几何尺寸和电子束参数,运用电磁场软件MAFIA的粒子模拟程序对三维折叠波导慢波结构进行了模拟.模型中,电磁波通过波导模式导入;为了克服较大空间电荷效应造成的电子注发散,使用了纵向聚焦磁场.基于三维互作用模型得到了W波段折叠波导的模拟结果,该结果可以对折叠波导慢波结构的三维互作用性能进行预测和分析. 展开更多
关键词 折叠 慢波结构 MAFIA 三维互作用模拟
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相对论行波管慢波结构几何参数研究 被引量:11
19
作者 谢鸿全 鄢扬 刘盛纲 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期345-348,共4页
推导了无引导磁场下具有离子通道的波纹波导中的色散方程 ,并通过数值计算分析了该慢波结构的几何参数如波纹周期、波纹深度以及波导平均半径对相对论行波管的带宽及增益的影响 。
关键词 相对论行 离子通道 色散方程 慢波结构 几何参数
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圆波导梳状慢波结构的耦合阻抗 被引量:5
20
作者 王自成 韩沛然 +6 位作者 王莉 李海强 张世杰 徐安玉 郝保良 宋培德 戴志浩 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期1891-1895,共5页
对目前慢波结构的模拟计算中存在的问题进行了深人分析,并提出了新的计算耦合阻抗的方法。研究了圆波导梳状慢波结构基波的耦合阻抗,其值可以在较宽频带内大于1Ω。该结构内孔径为波长的1/4~1/3,是同一频段螺旋线慢波结构的5倍左... 对目前慢波结构的模拟计算中存在的问题进行了深人分析,并提出了新的计算耦合阻抗的方法。研究了圆波导梳状慢波结构基波的耦合阻抗,其值可以在较宽频带内大于1Ω。该结构内孔径为波长的1/4~1/3,是同一频段螺旋线慢波结构的5倍左右,能容纳比螺旋线大25倍的电流,能够承受比螺旋线大25倍的平均功率。互作用计算表明采用这种慢波结构的行波管在Ka波段可获得的最高功率达170kW。 展开更多
关键词 梳状慢波结构 耦合阻抗
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