介质加载环板慢波结构高频特性研究

提出了一种适用于环板结构的计算等效相对介电常数的方法,利用变分法导出了介质加载环板慢波结构的色散方程和耦合阻抗表达式。计算结果表明,介质加载能够有效降低环板慢波结构的工作电压。计算结果与CST-MWS的模拟结果吻合良好,说明所提出的计算等效相对介电常数的方法和计算色散方程的方法对环板慢波结构是切实可行的。

介质加载开放式矩形波导慢波结构高频特性分析

矩形波导慢波结构及其变态具有易于微加工、横向尺寸大、散热好等优点,是一种有潜力工作于毫米波段或亚毫米波段的高频系统。利用近似场匹配的方法推导出了介质加载开放式矩形波导慢波结构的色散方程和耦合阻抗表达式,并采用数值计算方法分析了加载的介质对慢波结构的色散及耦合阻抗的影响。

V波段介质加载梯形慢波结构研究

研究了V波段介质加载梯形慢波结构。通过在耦合槽和间隙处进行适当介质加载,降低主模的相速,改善色散特性。使用CST对其慢波结构进行仿真,得到色散曲线和耦合阻抗,结果表明介质加载对耦合阻抗的影响很小,但却可以明显地降低相速,同时色散特性也更为平坦。

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。

双注多翼片加载的平面介质杆支撑曲折线慢波结构

针对现有的一种平面介质杆支撑的曲折线慢波结构,提出了利用翼片加载技术修正色散特性,从而有效扩展其工作带宽的方法。模拟仿真结果显示,多翼片加载的曲折线慢波结构和无翼片加载慢波结构相比,3dB带宽从4.5扩展到5.4 GHz,工作电压由11100降低至10100 V,同时增益和电子效率基本保持不变。

V波段三维数值模拟研究介质加载梯形慢波结构

文章研究了介质加载梯形慢波结构V波段的热腔特性。在耦合槽和间隙处进行介质加载,降低主模的相速和改善色散特性。利用CST仿真该慢波结构,获得色散曲线以及耦合阻抗。在此基础上,利用CST粒子工作室对其注波互作用特性进行模拟研究。研究表明:V波段介质加载梯形线毫米波行波管对微波信号能够有效放大,频谱纯净。

太赫兹波段Smith-Purcell辐射的介质加载光栅高频特性

提出了一种用于Smith-Purcell效应器件的介质加载光栅慢波结构,通过研究该结构的注-波互作用过程,推导出带电子注的色散方程,并数值求解出波的线性增长率.利用色散方程,结合电磁场传播的边界条件,推导出Smith-Purcell效应振荡器工作所需的起振电流.详细研究了高频结构长度、电子注主要参数和介质相对介电常数对起振电流的影响,并与普通金属光栅结构进行了比较.结果表明:保持其他参数不变时,高频结构长度越短,起振电流越大;保持高频结构参数不变时,起振电流随电子注厚度和注-栅距离的增大而增大,随电子注电压的增大而减小;与金属光栅相比,介质的引入提高了注-波互作用的增长率,有效减小了振荡器的起振电流.理论计算结果与软件CHIPIC的模拟结果比较符合.

基于周期性加载慢波结构的双频Wilkinson功分器的设计

针对传统Wilkinson功分器尺寸大且工作频率只局限于基波及其奇次谐波的问题,通过采用级联两条不同特性阻抗的周期性电容加载的传输线代替传统的1/4波长阻抗变换器,并结合RLC并联谐振网络,设计一种适用于任意两个频率的Wilkinson功分器,从而显著减小了功分器的尺寸。最后基于FR4基板,设计应用于900 MHz和1.8 GHz的双频Wilkin-son功分器。测量结果显示,功分器的三端口电路匹配良好,在900 MHz,S11约为-25 d B,S22约为-26 d B,S21约为-3.23 d B;在1.8 GHz,S11约为-23 d B,S22约为-17.5 d B,S21约为-3.39 d B;在两个频点下,输出端口的隔离度分别为-27 d B和-23 d B,仿真结果和测量结果吻合,验证了该方法的可行性和实用性。

双注多翼片加载的角向夹持角度对数曲折线慢波结构（英文）

针对角向夹持的角度对数周期曲折线慢波结构,提出了展宽其工作带宽、降低其工作电压的新方法.通过翼片加载技术,可以对慢波结构的色散特性进行修正,从而使得其带宽得到有效展宽.通过数值模拟仿真,得到无翼片加载的慢波结构以及多翼片加载的慢波结构的3 dB带宽分别为2.5 GHz、3 GHz,工作电压分别为5 450 V、4 650 V.研究表明,翼片加载结构可以有效降低角度对数周期曲折线慢波结构的工作电压,以及展宽其工作带宽.

Ka波段H型翼片加载螺旋线慢波结构的研究

提出了一种H型金属翼片加载的新型螺旋线慢波结构。利用三维电磁仿真软件HFSS对该慢波结构和常规螺旋线慢波结构的高频特性进行了分析对比,基于螺距跳变技术采用2.5维大信号互作用程序对Ka波段螺旋线整管注-波互作用进行模拟。结果表明该慢波结构的色散曲线平坦,整体耦合阻抗值较大;在26.5 GHz-40 GHz内输出功率大于210W,电子效率大于12%,增益波动小于3.8d B。

基于金属栅脊加载矩形波导慢波结构的非共振斜注管

提出了一种使用金属栅脊加载矩形波导慢波结构的非共振斜注管。研究了金属栅脊加载矩形波导慢波结构的高频特性,并将其与矩形波导栅慢波结构的高频特性进行对比。设计了一只使用金属栅脊加载矩形波导慢波结构的非共振斜注管和一只使用矩形波导栅慢波结构的非共振斜注管。利用粒子模拟软件对两种非共振斜注管的输出特性进行了仿真,结果表明,相同工作频段内,使用金属栅脊加载矩形波导慢波结构的非共振斜注管具有更高的输出功率和电子效率。

介质加载光栅Smith-Purcell效应自由电子激光器三维小信号理论

本文基于介质加载光栅慢波结构,用场匹配法推导了有限厚度、填充比不为1(电子注宽度与光栅宽度比值s/w)情况下结构的热色散方程。数值计算出热色散方程的复数解,求出线性增长率。讨论了电流不变和电流密度不变两种情况下,电子注填充比s/w对峰值增长率的影响。结果表明:当电流不变时,s/w小于0.1时,峰值增长率随其增大而迅速增大;s/w大于0.1时,峰值增长率随其增大而减小。当电流密度不变时,峰值增长率随s/w的增大先增大后减小。

毫米波脊加载开放式矩形栅慢波系统的研究

提出了一种新型慢波结构—脊加载开放式矩形栅慢波系统。作为一种全金属慢波结构,脊加载开放式矩形栅适用于高功率宽频带的行波管的互作用慢波结构。利用脊相邻面的阶跃条件以及互作用区和加载区的场匹配条件和单模近似法,推导了该结构的色散方程和耦合阻抗表达式。同时,采用软件模拟验证理论分析的正确性,并分析了结构参数对慢波结构慢波特性的影响。数值计算结果表明:在槽深一定的情况下,加载脊可以非常显著地改善该结构的慢波特性,通过优化开放式矩形栅的脊的宽度和厚度等参数来兼顾色散和输出功率等不同设计要求。本文的脊加载开放式矩形栅慢波结构理论研究可以作为高功率行波管设计的理论基础。

考虑螺带厚度的纵向导体加载螺旋慢波特性分析

考虑非翼片区角向高次模式以及螺带厚度,运用场匹配方法参考脊加载环板慢波结构的边界条件推导得到翼片加载螺旋慢波结构的色散特性方程;并运用MAFIA软件对该结构进行模拟计算,将理论结果与模拟计算进行比较,其误差范围基本满足设计精度的要求,并讨论了不同翼片结构参数对色散特性的影响,为各种类型的翼片加载螺旋慢波特性的计算提供了一种参考方法.

X波段内同轴膜片加载相对论返波振荡器的特性研究

把同轴膜片作为相对论返波振荡器的慢波结构,从Maxwell方程组和Floquet定理出发,导出了电磁波在同轴膜片加载相对论返波振荡器中的色散关系。通过编程计算得出TM0n模式的色散曲线,数值分析了周期长度和导体半径对器件工作频率的影响,运用PIC程序模拟了返波振荡器中注波互作用过程。讨论了纵向聚焦磁场、电子注到慢波结构的距离、槽深和槽宽对输出功率和效率的影响。研究表明:增加器件的周期长度,可以减小器件的截止频率和同一模式下的工作频率;调节内导体半径的大小,几乎不影响器件的工作频率。周期长度取11 mm,槽深取2 mm,槽宽取3.6 mm,漂移长度取7.5 mm的结构,在520 kV电压、8 kA电流和0.7 T的轴向聚焦磁场条件下,器件能输出2.8 GW的峰值功率,功率效率约33.2%。该慢波结构加工方便,具有广阔的应用前景。

太赫兹翼片加载折叠波导行波管放大器的研究

翼片加载折叠波导电路是一种改进型的行波管互作用电路。与原始结构相比,它具有提高的耦合阻抗、扩展的横向尺寸以及更加灵活的设计能力,因此适合工作在太赫兹频段。首先采用理论模型设计了工作频率0.22THz的慢波结构;然后采用三维粒子模拟技术对翼片加载折叠波导行波管放大器的非线性性能进行了研究。结果显示,新型结构具有高的互作用效率和宽频带放大的能力。在中心工作频率220GHz处,2mW的驱动功率下可以得到4W的饱和输出功率,对应的电子效率和增益分别为2.47%和33dB(考虑了电路的导体损耗);恒定功率下扫频模拟显示,放大器的瞬时3dB带宽可达13.6,频率范围覆盖205～235GHz。

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。

W波段矩形槽加载双注折叠波导行波管的研究

分析了传统槽加载折叠波导慢波结构的缺点,改进为平滑过渡矩形槽加载慢波结构,通过电磁仿真软件HFSS对该结构的色散特性和耦合阻抗等高频特性进行了数值模拟分析,研究了槽宽对高频特性的影响。设计了一支工作频率在92-95.6GHz的双注槽加载折叠波导行波管,工作频率为94GHz,输入功率为100m W时,饱和输出功率为235W,电子效率高达7.73%。

沟道加载矩形波导的色散特性研究

提出了一种关于沟道加载矩形波导色散关系的理论分析方法并给出了相关公式。在该方法中,矩形波导和沟道中的场可以各自被精确地表示为无穷空间谐波的叠加和无穷驻波的叠加。在分界面上应用电磁场边界匹配条件可以得到一个有无穷多个方程的方程组,然后通过截断无穷序列来求解该方程组。该理论分析方法的优点是考虑了沟道宽边方向上的驻波的无穷序列的叠加。使用该理论方法所求的色散关系的结果与使用CST软件仿真的结果非常一致。

太赫兹波段Smith-Purcell辐射的消逝波特性研究

文中在太赫兹频率波段呈现了三维介质加载光栅(DLG)的Smith-Purcell(SP)辐射的消逝波的模拟。消逝波提供反馈来约束电子束,这是SP自由电子激光器(FEL)振荡原理的基础。将从PARTICLE-IN-CELL(PIC)代码获得仿真结果并与三维金属光栅进行比较,结果表明DLG的采用可以增强消逝逝波,从而进一步改善注-波的相互作用。