Small-signal analysis of a rectangular helix structure traveling-wave-tube

This paper investigates the properties of traveling wave-beam interaction in a rectangular helix traveling-wave-tube （TWT） for a solid sheet electron beam. The ＂hot＂ dispersion equation is obtained by means of the self-consistent field theory. The small signal analysis,which includes the effects of the beam parameters and slow-wave structure （SWS） parameters,is carried out by theoretical computation. The numerical results show that the bandwidth and the small-signal gain of the rectangular helix TWT increase as the beam current increases;and the beam voltage not obviously influences the small signal gain. Among different rectangular helix structures,the small-signal gain increases as the width of the rectangular helix SWS increases,however,the bandwidth decreases whether structure parameters a and L or ψ and L are fixed or not.In addition,a comparison of the small-signal gain of this structure with a conventional round helix is made.The presented analysis will be useful for the design of the TWT with a rectangular helix circuit.

矩形螺旋线慢波电路高频特性的数值分析

介绍了用ANSOFT公司提供的HFSS 10.0软件模拟计算色散特性和耦合阻抗的理论方法,并对矩形螺旋线慢波结构的高频特性进行了数值模拟。结果表明:和传统的圆螺旋线结构相比,矩形结构具有更高的耦合阻抗,能有效减小器件体积;在横截面厚度和螺旋角一定的情况下,当矩形螺旋线的宽高比大于4时,相速几乎不变,但是耦合阻抗随着宽度的增加而下降;同时螺旋角的减小可以降低系统的相速,减小工作电压。由于可利用微电子机械系统(MEMS)印制技术制作,具有可与带状电子束作用,提高效率等优点,矩形螺旋线在紧凑型行波管(TWT)领域有广阔的应用前景。

新型自由矩形螺旋线慢波结构高频特性

在Sheath模型下,采用严格的场匹配法,结合积分形式的边界条件,推导了自由矩形螺旋线的色散方程和耦合阻抗表达式,并与近似理论进行对比。结果表明:与近似理论相比,严禁场匹配法具有更高的准确性,且采用场匹配法的数值计算结果与3维商业电磁仿真软件结果吻合得很好。从而证明了所采用理论方法的有效性。同时分析了矩形螺旋线横截面尺寸、螺距、螺旋角、纵横比对色散特性和耦合阻抗的影响,结果表明:只有当矩形螺旋线横截面纵横比大于4时,才可忽略横截面的宽度对高频特性的影响,通过调节结构的参数可以改善色散和提高耦合阻抗。

矩形螺旋线行波管注-波互作用3维模拟

运用3D粒子模拟软件MAGIC分析了矩形螺旋线行波管(TWT)的注-波互作用过程。模型设计了电导率线性渐变的电阻耦合器代替同轴输入输出结构来减少反射,消除自激震荡。仿真结果表明:矩形螺旋线TWT模型能够进行有效的注-波互作用,完全可以反映管内互作用的非线性本质,证明了模型设计的合理性,并对影响注-波互作用的一些重要参量进行了讨论。设计的X波段TWT可达到的指标为:工作频率8～12 GHz,输出功率峰值达480 W,3 dB带宽为4 GHz,电子效率为11.8%。

UG中矩形螺纹的创建方法

本文以台虎钳中螺母为实例载体介绍了打孔中绘制草图的简便方法创建矩形螺纹的注意事项。在创建矩形螺纹的注意事项中介绍了,截面基准平面的创建方法,绘制截面的注意事项,螺旋线及螺旋扫掠创建的要点。

新型半矩形环螺旋线慢波结构高频特性

针对行波管更高工作频率和更大输出功率的发展需要,提出了一种半矩形环螺旋线慢波结构。基于三维电磁仿真软件HFSS的模拟研究表明:调控慢波结构的尺寸可以获得合适的色散特性和互作用阻抗,与现有技术的半圆环螺旋线慢波结构相比较,半矩形环螺旋线慢波结构的色散变化很小,但是具有更高的互作用阻抗值。新结构具有平坦色散、高互作用阻抗、与微细加工技术相兼容以及方便与带状电子束互作用的综合优点。

带状注行波管双矩形螺旋线慢波结构高频特性

针对新型螺旋线慢波结构——双矩形螺旋线慢波结构,即在金属屏蔽框内平行加载两个具有矩形横截面形状的自由螺旋线慢波结构,利用三维电磁仿真软件对其高频特性(色散特性和耦合阻抗)进行模拟研究。结果表明:在相同位置处,与单矩形螺旋线慢波结构相比,双矩形螺旋线慢波结构色散特性变化很小,却有着更高的耦合阻抗;同时,在包含这些位置的空间部分,可采用带状电子注与该慢波结构进行注波互作用,使输出功率进一步得到提高。

基于矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计

提出一种具有高功率容量的直线阵列天线,该天线阵基于矩形波导缝隙馈电,馈电耦合结构采用新型的弧形耦合缝隙,利用小螺旋天线作为辐射单元,通过旋转螺旋线内导体来调整各个辐射单元相位,从而实现一维波束扫描。采用等效传输法进行理论设计,数值模拟结果表明,该长度为3200mm的单元天线在中心频率8.40GHz上可获得的增益为27.50dB,主瓣轴比为0.51dB。功率容量约90 MW,辐射效率为97.10%,反射低于-24dB,波束扫描范围±38°。

V波段宽杆半矩形环螺旋线行波管的研究

为满足行波管大功率、高效率、小型化的发展需求,设计了工作于V波段的宽杆半矩形环螺旋线行波管。仿真结果表明:与传统的矩形螺旋线慢波结构对比,宽杆半矩形环螺旋线慢波结构在保持色散平坦度相近的前提下,具有相速值较小、耦合阻抗较高的特点,同时,新结构更加兼容微细加工技术,易于小型化、批量化生产。在采用工作电压8900 V、工作电流0.05 A的带状电子注条件下,宽杆半矩形环螺旋线行波管的最大输出功率为112 W,对应的增益为30.5 dB,电子效率约为25.2%,瞬时3 dB带宽为24 GHz(43~67 GHz)。

柔性管骨架层压溃简化数值模型研究

柔性管骨架层是截面形式复杂的自锁螺旋结构。若考虑材料、几何和接触等非线性,则计算复杂且有时不收敛,因此引入简化数值模型来研究骨架层压溃是一种有效的方法。目前常采用计入骨架层实际截面形状的1/4对称环模型,对不同缠绕螺旋角的骨架层压溃问题研究尚未见报道。论文从等效刚度理论出发,利用有限元软件ANSYS,提出了用于两种用于骨架层数值计算的简化模型,即单圈螺旋条带模型和等效矩形截面螺旋条带模型,并基于两种简化模型探究了几何、材料非线性和螺旋角对骨架层压溃的影响。结果表明:两种简化模型都能有效模拟骨架层的压溃行为。其中等效矩形截面螺旋条带模型由于没有层间接触,在非线性分析中极大地提高了计算效率。骨架层的临界压力值随着螺旋角的增大而增大,但当螺旋角大于80°时可以不考虑其对骨架层压溃的影响。本文结果可为柔性管骨架层的优化设计提供支撑。