多注行波管慢波结构的色散特性分析
0.14THz折叠波导行波管慢波结构设计与加工
ａ ｈｅ ｅ ｍｏｅ ｔａ ｏ ｔｕ ｏ ｒａｏ ｎ ．４Ｔ ．Ｍｉｒ ｌｃｒ ａ Ｄ ｓｈ ｒｅ Ｍａ ｈｎｎ （ Ｄ ｎ ｃ ｉｖ ｒ ｈ ｎ １Ｗ ｕｐ ｔｐ ｗｅ ｒｕ ｄ ０ １ Ｈｚ ｃｏ Ｅ ｅ ｔ ｃ ｌ ｉｃ ａｇ ｃ ｉｉｇＥ Ｍ１ａ ｄ ｉ
Ｍｉ ｒ ｌｉ ｇ ｗｅ ｅ ｕ ｅ ｏ ｎ ｆｃｕ ｉ ｇ ａ ｃ ｕ ｌ ｆｐ ｒｏ ｆｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｅ ｐ ｃ ｉｅｙ ｔｉ ｆｕ ｄ ｔ ａ ｃ ｏ ｍｉｌｎ ｒ ｓ ｄ ｆｒｍａ ｕ ａ ｔｒｎ ｏ ｐ ｅ ｏ ｅ ｉｄ ｏ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ，ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ．Ｉ ｓ ｏ ｎ ｈ ｔ
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ Ｎ１ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｆ０． ｓｇ ｎ ｎ ｆ ｃ ｕ ｅ ｏ １ ＴＨｚｆ ｌ ｅ ｖ ｇ ｉ ｅｔａ ｅｉ ｇｗａ ｅｔ ｂ ４ ｏ ｄ ｄｗａ ｅ ｕ ｄ ｒ ｖ ｌｎ ｖ ｕ ｅ ｓｏ ｗａ ｅｓｒ ｃｕ ｅ ｌ ｗ ｖ ｔｕ ｔ ｒ
０．４ ＴＨｚ ａ ｄ ｔｅ ｉ ｔｒ ｃ ｉｎ ｉ ｅ ａ ｃ ｓａ ｏ ｔ１ ｎ ． ｎ ｏ ｄ ｒｔ ａｉｆ ｇ ｕ ｐ ｔｐ ｗｅ ｅ ｎ ｓ ｍｅ １ ． ｎ ｈ ｎ ｅ ａ ｔｏ ｍｐ ｄ ｎ ｅｗａ ｂ ｕ Ｉ ｒ ｅ ｏｓ ｔｓｙｈｉｈ ｏ ｔ ｕ ｏ ｒｄ ｍａ ｄ， ｏ
０１ Ｈｚ 叠波 导 行 波 管慢 波 结构 设计 与加 工 ． Ｔ 折 ４
陈 樟 ，王 亚 军
（ 国工 程 物理 研 究 院 电子 ＿ 程 研 究 所 ， 四川 绵 阳 ６ ９ ０ 中 ［ ２１ ０ ）
摘 要 ：使用 一种 显式 方法对 ０１ Ｈ ． Ｔ ｚ折叠 波导行 波管慢 波结构进行 了快速 设计 ，并通过解 ４
cst 慢波结构
cst 慢波结构CST慢波结构简介慢波结构（Slow Wave Structure，简称SWS）是一种用于微波和毫米波领域的电磁波传输线。
本文将介绍CST慢波结构的基本原理、特点以及应用。
一、基本原理CST慢波结构是一种具有周期性的结构，通过周期性的电磁场分布来实现电磁波的慢化。
其原理主要基于空间周期性介质的周期性耦合效应，通过改变电磁波传输线的特性阻抗来实现电磁波的慢化。
CST慢波结构通常由金属导体和周期性介质组成，通过周期性介质的电磁耦合作用，使得电磁波在结构中传播时速度减小，从而达到慢波效应。
二、特点1. 带宽宽广：CST慢波结构具有宽带特性，可以实现频率范围内的低传输损耗。
2. 尺寸小巧：相较于传统微波传输线，CST慢波结构可以在相同频率范围内实现更小的尺寸，适用于集成电路和微波器件等领域。
3. 损耗低：由于结构中的周期性介质可以减小传输损耗，CST慢波结构具有较低的能量耗散。
4. 适应性强：CST慢波结构可以根据需求进行设计和优化，以适应不同的工作频率和传输特性。
5. 简化设计：CST慢波结构的设计相对简单，可以通过电磁场仿真软件进行模拟和优化，降低了实验设计的复杂性。
三、应用1. 微波通信系统：CST慢波结构可用于微波通信系统中的滤波器、耦合器、功分器等组件，以实现信号的传输和处理。
2. 射频功率放大器：CST慢波结构可以用于射频功率放大器的设计中，通过慢波效应提高功率放大器的增益和效率。
3. 微波天线：CST慢波结构可用于微波天线的设计中，通过慢波效应改变天线的辐射特性和频率响应。
4. 毫米波成像：CST慢波结构可以应用于毫米波成像系统中，通过慢波效应实现高分辨率的成像效果。
总结：CST慢波结构是一种用于微波和毫米波领域的电磁波传输线。
其通过周期性的电磁场分布来实现电磁波的慢化，具有带宽宽广、尺寸小巧、损耗低、适应性强和设计简化等特点。
在微波通信系统、射频功率放大器、微波天线和毫米波成像等领域有广泛的应用前景。
宽带毫米波螺旋线慢波结构的分析
3. The helical slow wave structure with T-shaped -vane is designed by ORION software. Focusing on the impact to beam-wave interaction with different parameters, Designed a tube with seventy millimeters, the results show that the output power ranging from 26.5 GHz to 40 GHz values are over 55W, the gain is over 20 dB and the electronic efficiency is over 7%. By further optimization, length becomes sixty millimeters and Electric current becomes 90mA, the results show that the output power ranging from 26.5 GHz to 40 GHz values are over 54W, the gain is over 20 dB and the
螺旋线径向挤压变形对其慢波结构冷测特性的影响
第16卷 第9期强激光与粒子束Vol.16,No.9 2004年9月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Sep.,2004 文章编号: 100124322(2004)0921186205螺旋线径向挤压变形对其慢波结构冷测特性的影响X李 实, 刘 韦, 苏小保, 阴和俊(中国科学院电子学研究所微波器件中心,北京100080) 摘 要: 介绍了用MAFIA软件的准周期边界条件计算螺旋线行波管慢波结构的色散和耦合阻抗,以及用ANSYS软件对螺旋线径向挤压变形建模的方法,并对螺旋线受挤压径向变形对其冷测特性的影响进行了详细的分析。
结果表明:螺旋线径向挤压变形会导致相速增大,而在通常的变形范围内耦合阻抗也会增加;当变形继续增大时耦合阻抗上升到最大值后开始下降。
关键词: 行波管; 螺旋线慢波结构; 色散; 耦合阻抗; MAFIA软件; ANSYS软件 中图分类号: TN124 文献标识码: A 螺旋线慢波结构行波管有极宽的带宽和一定的输出功率,在电子对抗和通讯领域得到了广泛的应用。
螺旋线慢波结构的色散、耦合阻抗是设计螺旋线行波管两个关键的冷测参量,对整管性能有很大的影响。
螺旋线行波管(TWT)慢波结构通常是由3根介质夹持杆把一个螺旋金属带(或金属线)固定在圆形金属管里而成的。
螺旋线受到3根夹持杆的挤压就会产生径向变形,实际上管壳、夹持杆和螺旋线总有加工公差,由此导致的径向变形也不相同。
由于数学工具和仿真方法的局限性,螺旋线径向变形对螺旋线慢波结构色散、耦合阻抗的影响过去一直没有深入研究。
现在对行波管的增益、效率、带宽甚至相位要求越来越高,螺旋线径向变形就成为一个必须考虑的因素之一。
传统的Pierce,Sensiper和Rowe等人的场论或等效电路法,以及后来发展的场直接积分法、利用特殊的螺旋坐标系统法、展开螺旋线和用切比雪夫多项式展开螺旋带的面电流法等[1～6]只是在某些特定条件下才有解,对计算复杂的螺旋线慢波结构十分困难,对计算受挤压径向变形的螺旋线慢波结构就更困难。
8mm回旋行波管和返波管的三折螺旋波纹波导色散分析
ｌ 理 论 分 析
三折螺旋 波纹 波导 的横 截 面形 状 如 图 １所 示 ， 角 向 在 和纵 向上都 呈 现周期 性 ， 在柱 坐 标 系 下 的 边界 模 型 的 函 其 数关 系为
Ｒ （ ） 一 口 ， ｏ＋ 口 Ｏ （ 一 ｋ ｚ ｌ Ｓ ｍＢ Ｃ Ｂ） （） １
式 中 ：。 波导 的平 均半 径 ； 为 波 纹 的幅 度 ； 口是 ａ ｎ为 波 导
在角 向 的变化 次数 ； ｎ ｄ为波 导在 纵 向上 的周 期 变 化 ｋ ＝２ ／
数 ， 一个 螺旋 周 期 的长 度 。设 角 向 变 化 次 数 ｍｅ为 ３ ｄ是 ，
即螺 旋 的旋 转 方 向为 右旋 。为 了满 足与 电子 二次 谐 波 的互 作用 要求 ， 三折 螺旋 波 纹 波导 中要 存在 右旋 的 ＴＥ。 。 ｚ模
的微波工作室（ ＭＷＳ 自带的 Ｖ Ａ宏命令对该波导进行精确地建模 ， ） Ｂ 根据 Ｔ 和 Ｔ ｚ Ｅ模 Ｅ－ 模之 间相互 耦合 的
特点 ， 出一 种非 谐 振 的模拟 方法 ， 比模 拟结 果 与理 论计 算 结 果 ， 提 对 两者 比较 接近 ， 合 工 程使 用 ， 回旋行 波 适 为
ｋ１ ｋ２ ＝ Ｂ 一 ＝ ＝ｋ ，
１一 ２＝ ± Ｂ
（） ２
式 中 ： 和 ｋ ｋ 分别 是平 滑 圆波 导半 径 为 ａ 时 的 Ｔ ｎ 和 ＴＥ 。 Ｅ 模 模 的纵 向波 数 ， 足平 滑 圆波 导 的 色散公 式 满 ｋ 。＝ 志ｌ 志ｌ ：＋ ， ｋ 志： 。＝ ： ＋镌 （） ３
式中 ： 志 分别 是平 滑 圆波导 半径 为 ａ 的 ＴＥ 志和 ， 。 。时 模 和 Ｔ ： 的横 向波数 ， 们 与 贝塞 尔 函数 的根 有 关 ， Ｅ 模 它 通
新型自由矩形螺旋线慢波结构高频特性
摘
要 ： 在 Ｓ ｅｔ 型 下 ， 用 严 格 的 场 匹 配 法 ， 合 积 分 形 式 的边 界 条 件 ， 导 了 自 由矩 形 螺 旋 线 的 ｈ ａｈ模 采 结 推
色 散 方 程 和 耦 合 阻抗 表 达 式 ， 与 近似 理论 进 行 对 比。 结 果 表 明 ： 近似 理 论 相 比 ， 禁 场 匹 配 法 具 有 更 高 的 并 与 严 准 确 性 ， 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 且 方 法 的 有 效 性 。 同时 分 析 了矩 形 螺 旋线 横 截 面 尺 寸 、 螺距 、 旋 角 、 横 比 对 色 散 特 性 和 耦 合 阻 抗 的 影 响 ， 果 螺 纵 结 表明 ： 只有 当矩 形 螺 旋 线 横 截 面 纵 横 比大 于 ４时 ， 可 忽 略 横 截 面 的 宽 度 对 高 频 特 性 的 影 响 ， 过 调 节 结 构 的 才 通 参 数 可 以改 善 色 散 和 提 高 耦 合 阻抗 。 关 键 词 ： 矩 形 螺 旋 线 ； 慢 波 结 构 ； 色 散 特 性 ； 耦 合 阻 抗 ； 高 功率 微 波
形 慢波线 拐 角处 奇异 性 的色散 导致 难 以用传 统 的场理 论来 分析 其高 频特 性 。关于平 面 螺旋线 结构 近似 的研究 采 用无 限宽 的模 型［１ 。近 似理论 建立 在 数 学 简化 模 型 基 础上 ， 以反 映 实 际的 电磁 特 性 。实 际情 况 下横 向 ５０ －７ 难 宽 度对矩 形 螺旋线 的高频 特性 有影 响 ， 因此 本文考 虑 了结 构 的宽 度 ， 结合 积 分边 界 条件 ， 更 严格 的场 匹配 理 用 论， 推导 了矩 形螺 旋线 的色 散方 程 和耦合 阻抗 表达 式 ， 而分 析 宽度 对 场结 构 和高 频特 性 的 影 响 ， 究 结构 参 从 研
短毫米波单交错梯形慢波结构高频特性的研究
错梯形耦合腔慢波电路的这一特性。
１ 模 型
单 交错梯形 慢 波结构 的剖 面 图如 图 １ 示 。黄绿 所
深空通讯 、 高分辨率对地观测 、 反隐身雷达 、 射电天文 、 成像透视 、环境检测等领域对短毫米波高功率小型化 辐射源的需求＿］ ４， Ｉ 能与现代 Ｍ Ｍ 技术兼容 的梯形慢 ５ ＥＳ 波结 构 目前具有 一定 发展 空间 。 因此 ， 文选 择将 这一 本
ＺＨ ＡＮ Ｇ ａ ｇ． Ａ ＩＸ ｉｎ－ｚ Ｚｈ ｎ Ｄ ａ ｈｉ
（ ｌ ｇ ｆ ｈ ｓ ｓ ｎ ｌｃ ｏ ｉ Ｉｆ ｒ ｔ ｎ Ｃ ｉａＷ ｅｔ ｒ ｌ ｉ ｒ ｔ Ｎａ ｃ ｏ ｇ ６ ７ ０ ， ｈｎ ） Ｃｏ ｅ ｅｏ Ｐ ｙｉ ｄＥ ｅ ｔ ｎｃ ｎ ｏｍａ ｏ ， ｈｎ ｓ Ｎｏｍａ Ｕｎｖ ｓｙ， ｎ ｈ ｎ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ ｌ ｃａ ｒ ｉ ｅｉ Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｉｇ ｅ ｓａ ｇ ｒ ｌｄ ｅ ｌｗ ｖ ｔ ｃ ｕ ｅ ｔ ａ ｉ ｃ ｍｐ ｔ ｌ ｗｉ ｄ ｍ Ｅ Ｓ ｔｃ ｎ ｌｇ ａ ｅ ａ ｐ ｉｄ ｓｒ ｃ ： ｅ ｓ ｌ ｔｇ ｅ ａ ｄ ｒ ｓ ｎ ｏ ｗａ ｅ ｓ ｔ ｒ ｈ ｔ ｓ ｏ ａｉ ｅ ｔ ｍｏ ｅ Ｍ Ｍ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｃ ｎ ｂ ｐ ｌ ｕ ｒ ｂ ｈ ｅ
中 图分 类 号 ：Ｎ１４ Ｔ ２ 文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｓ ｕｄ ｆＨｉ ｈ ｒ ｑｕｅ ｃ ｔ ｙ ｏ ｇ －ｆ ｅ ｎ ｙ Ｃｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓｏ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｔ ｅ Ｓ ｒ －ｍ ｉ ｉ ｅ ｅ ａ ｅ Ｓ ｎｇ ｅＳｔ ｇ ｅ ｄｄ ｒＳ ｏｗ ａ ｅＳｔ ｕ ｔ ｅ ｈ ｈｏ ｔ ｌ ｍ ｔ ｒＷ ｖ ｉ ｌ ａ ｇ ｒＬａ ｅ ｌ Ｗ ｖ ｒ ｃ ｕｒ ｌ
螺旋波纹波导回旋行波管和返波管的色散特性研究
螺旋波纹波导回旋行波管和返波管的色散特性研究作者：刘亚军罗勇周钱科来源：《现代电子技术》2010年第07期摘要:螺旋波纹波导的特殊结构使TE11和TE21相互耦合,其色散特性相对于圆波导发生了极大的改变,使电磁波能够在宽频带内与电子注耦合,因此需要对其色散特性进行研究。
通过理论分析和数值计算,得到了螺旋波纹波导的行波模式、返波模式的色散方程和色散曲线,着重分析了不同螺纹深度和螺纹周期对螺旋波纹波导行波模式色散特性和模式耦合的影响。
研究表明,当螺纹深度变大时,螺旋波纹波导中的工作模式与非工作模式分离程度变大,对克服模式竞争比较有利;当螺纹周期变小时,工作模式1的线性变差,线性区域变得很窄,限制了螺旋波纹波导回旋行波管增益的提高。
关键词:螺旋波纹波导; 耦合波方程; 阻抗微扰; 行波模式; 返波模式色散; 特性中图分类号:TN124 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)07-0006-04Dispersion Study of Gyro-TWT and Gyro-BWO with Helical Operating WaveguideLIU Ya-jun, LUO Yong, ZHOU Qian-ke(School of Physical Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China)Abstract:Helical operating waveguide makes TE11 and TE21 coupling because of its special structure. Its dispersion characteristic is changed corresponding to the circular waveguide. This dispersion characteristic makes the magnetic wave and the electron beam coupled in the broad frequency band, so its dispersion characteristic needs to be researched. The dispersion equation and dispersion curves of the travelling wave mode and backward wave mode are obtained by theoretic analysis and numerical computation. It is found that the various helical corrugation period and corrugation fluctuation degree affect the dispersion characteristic and mode coupling. It shows that if the corrugation fluctuation degree becomes bigger, the separation between operating mode and non-operating mode is enhanced,and it is favorable to overcome mode competition in helical operating waveguide; if the period of helical corrugation is too small, the linearity of operating mode 1 becomes very poor, the linear region of operating mode 1 becomes very narrow, which seriously limits the improvement of the gain of Gyro-TWT with a helical operating waveguide.Key words: helical operating waveguide; coupled wave equation; impedance perturbation; travelling wave mode; backward wave mode dispersion; characteristic0 引言回旋行波管和回旋返波管作为回旋管家族中的重要组成部分,具有输出频率高、功率容量大、带宽较宽等优点,因而在电子对抗、军事通讯和航空航天等领域有很好的应用前景,已成为当今回旋类电真空器件的研究热点。
螺旋线厚度对螺旋线慢波结构高频特性的影响
用 的区域 ） ， Ⅱ区 （ ｎ ＜ｒ ≤６ ） ， Ｉ ｌ ｌ 区（ ６ ＜ｒ ≤ｃ ） 。其 中采用 圆柱 坐标 系 （ ｒ ， ， ｚ ） 分析 工区和 １ １ １ 区， 使 螺旋线 的轴 线
＊
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ 一 Ｏ ４ — ２ ２ ；
修 订 日期 ： ２ ０ １ ２ － １ ０ — １ ６
Ｆｉ ｇ ．１ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｌ ｏ ｗ－ ｗａ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ
Ｆｉ ｇ ． ２ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｈｏ ｏ ｋ’ Ｓ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｌ ｏ ｗ－ ｗａ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
中图 分 类 号 ： ＴＮ１ ２ ４ 文献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： ｌ Ｏ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ Ｏ ｌ ３ ２ ５ Ｏ ４ ． ０ ９ ４ ５
慢波 结构 是行 波管 内 的关 键部 件 ， 它作 为进 行 注一 波 互作 用 以激励 微 波 能 量 的结 构 ， 其 性 能优 劣 直 接决 定
基金项 目： 江 苏 省 淮 安 市 科 技 创 新 载 体 平 台建 设 项 目（ ＨＡＰ ２ ０ １ １ ０ ７ ） 作者 简 介 ： 张青 春 （ １ ９ ６ ４ 一） ， 男， 副教授 ， 从 事 微 波 器件 、 无线传感器及物联 网、 智能仪器的研究 ； ｈ ａ ３ ５ ３ ３ ９ ５ ８ ＠１ ６ ３ ． Ｃ Ｏ ｎ。 ｒ
图 １ 考 虑 厚 度 螺 旋 线 慢 波 结 构 模 型
图２ Ｈｏ ｏ ｋ螺 旋带 慢 波结 构 模 型
行波管相位一致性的理论研究与计算机模拟
第13卷 第4期强激光与粒子束V o l .13,N o .4 2001年7月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S Ju l .,2001 文章编号: 100124322(2001)0420479206行波管相位一致性的理论研究与计算机模拟①李 斌, 杨中海(电子科技大学高能电子学研究所,四川成都610054) 摘 要: 采用行波管一维大信号非线性理论,建立了高频参数和外部工作状况零散模型,对影响增益、相位频率特性的主要因素进行了理论分析和数值计算,分析了如何合理地选择相位一致行波管工作点,为新近研制的相位一致行波管提供了计算机模拟并得到了很有价值的计算结果。
关键词: 行波管; 相位一致性; CAD ; 零散; 计算机模拟 中图分类号: TN 124.2 文献标识码: A 在电子对抗中相控阵雷达和多波束干扰机对功率行波管的性能提出了更高的要求。
由同一振荡源出来的信号经分路器分到各发射单元,移相后各用一只行波管放大,使其输出功率达到50～100W 。
这种情况下,如果各管相位不一致将导致波束形状和指向的混乱,并且使功率合成的效率下降。
增益不一致也会影响合成效果。
一般要求相位不一致性优于±20°,增益不一致性优于±1.5dB 。
此外,行波管是以几支为一组共用一个电源供电的,这就要求行波管的各电极工作电压必须完全一致[1,2]。
行波管生产中零件尺寸零散是不可避免的,而且在目前行波管生产和装配过程中人工操作仍然是必须的,这必然会加剧各管之间尺寸的不一致性。
因此,对相位一致行波管各零件尺寸对性能的影响进行研究,以确定尺寸变化对管子性能不同程度的影响[3],及采用不同的增益、相位补偿方法将是一个重大而有实际意义的研究课题[4]。
本文采用行波管一维大信号非线性理论[1,2,5,6],建立了高频参数和外部工作状况零散模型,计算了宽带大功率行波管的增益2频率特性曲线和相位2频率特性曲线。
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AnalysisfortheDispersionofSlow-WaveStructureofMulti-BeamTravelingWaveTube
BAOZheng-giang，DENGHeng，GUANYuz-hu（NanjingSanleGroupLtd.Co.，Nanjing210009，China）
Abstract：Multi-beamtravelingwavetube（TWT）isanewtypeofmicrowavedevicewithloweroperatingvoltage，wideroperatingband，largeroutputpower.ByCSTMicrowaveStudio，thecalculationandanalysisfordispersionofsl-ow-wavestructureofmulti-beamTWTaregiven.Theresultsshowthatthevaluesofcalculationareinagreementwithexperiment.Keywords：multi-beam；travelingwavetube；slow-wavestructure；dispersionEEACC：2350D
多注行波管慢波结构的色散特性分析包正强，邓蘅，管玉柱（南京三乐集团有限公司，南京，210009）
摘要：多注行波管是一种具有工作电压低、瞬时工作带宽宽、容易实现大功率等优点的新型微波器件；本文主要利
用CSTMicrowaveStudio软件对多注行波管慢波结构的色散特性进行设计计算，并将计算结果和实验值进行比较分析。结果表明，计算值和实验值基本吻合。关键词：多注；行波管；慢波电路；色散特性
中图分类号：TN124文献标识码：A文章编号：1005-9490（2004）02-0274-03
螺旋线和耦合腔慢波电路是当今广泛被行波管选用的两种典型慢波电路，但它们各自又有明显的优缺点。螺旋线色散弱，可使行波管工作在倍频程或多倍频程状态，但其脉冲输出功率和平均输出功率较低；耦合腔结构行波管可以使脉冲输出功率达到数百千瓦量级，平均输出功率也可以达到数十千瓦量级，但它的带宽被限制在10%左右，且高脉冲功率输出时，工作电压较高。寻求具有这两种慢波结构的优点的新电路，一直是微波管工作者努力的目标。这中间有环杆、环圈、"线等慢波电路都已成功的做出了行波管，但它们只是在螺旋线或耦合腔慢波结构的基础上稍作改进，其本质的缺陷仍没有根本性的摆脱。上个世纪80年代左右，国外的同行们开展了多注速调管的研制并实现了实用化。多注速调管的发展，一方面降低了工作电压，另一方面也改变了人们对速调管为窄频带器件的看法，达到了10%
左右的瞬时带宽。当然，国外的同行也进行了少量的多注行波管的研究。受到多注速调管能够降低工作电压和拓宽瞬时带宽的启发，我们对多注行波管慢波结构进行了其特性的模拟分析，制作了冷测模型，并进行实验对比，结果发现：!模拟分析的色
散曲线与冷测结果基本吻合；#多注耦合腔慢波结构与相同槽角的单注耦合腔慢波电路相比，冷带宽明显增宽。因此，研究多注行波管慢波结构这种新型管型，向实现大功率、低电压、宽频带工作的方向迈进，具有重要意义。
第27卷第2期2004年6月电子器件ChineseJournalofElectronDevicesVol.27，No.2
June.2004
!收稿日期：2003-12-22
作者简介：包正强，男，高级工程师。1991年毕业于东南大学电子工程系，从事微波电真空器件特别是行波管的研制，先后有多项产品通过了部级设计定型鉴定，yisuo@sanle.com.1多注耦合腔慢波结构的设计与考虑根据目前国内外市场需求情况，结合我们现有的一些成熟的工艺、技术，我们选择多注行波管参数大致如下：!波段：!"/"=10%工作电压：14kV
阴极脉冲电流：7.2A（4个电子注）脉冲输出功率：10kW
聚焦方式：PPM
增益：40dB
对于这样指标的多注行波管，我们将耦合腔的上截止频率设计在10GHZ左右，下截止频率则设计在7.5~SGHZ附近，慢波结构一次切断。考虑到行波管工作电流很大，单腔的增益一般较高，所以，慢波结构还应考虑增加吸收小腔，以防止行波管在工作过程中的边带振荡。我们已比较成熟的掌握了吸收小腔技术和材料制造工艺。目前该项技术已成功的应用在多个单注耦合腔行波管中。它的特点是可以确保行波管稳定工作，增加输出功率平坦度，并使行波管具有3dB过激励能力。由于增加了吸收小腔以及4
个电子注通道，传统的耦合腔计算分析程序难以分析这种结构，因此，我们采用了MicrowaveStudio来
分析多注腔慢波结构的色散特性。
2MWS软件模拟多注耦合腔结构的色散特性
大型电磁场数值分析软件是模拟非经典慢波结构的有效工具。CST公司的微波工作室Micro-
waveStudio（MWS）软件有用户使用的友好界面，建模简便，具有周期性边界条件，采用完美的边界近似技术，特别是部份填充正交网格从而近似地拟合曲面边界，可对各种多介质多曲面复杂慢波结构模拟，有较快的计算速度与良好的工程精度。根据多注耦合腔慢波电路的结构特点，我们首先进行建模。这种慢波电路相邻两腔在轴向上旋转90
0，因此，单个腔的两端腔片几何上不完全对
称。为了满足MWS软件在两个完全对称面上才能运用周期边界条件的要求，必须建两个腔的模型。这样我们必须将两个端面的相位变化从原来的1S00~3600改位00~3600，得到的曲线则是基波和
-1谐波的色散。图1和图2分别为两个腔体的建模模型和模型网格。
图1多注耦合腔慢波结构建模图2多注耦合腔慢波结构模型网格建立模拟模型后，进入本征模求解器进行参数扫描，设置扫描序列0~360，共37步，编写VBA文
件，计算后就得到未加小腔吸收瓷的多注耦合腔慢波结构色散曲线。图4为计算得到的多注耦合腔慢波结构未加载小腔吸收瓷的色散曲线，网格节点
图3多注耦合腔慢波结构加载小腔吸收瓷模型为127050，花费时间411。我们使用的电脑为：Pentium4，CPU主频为1.7GHZ，内存1G，硬盘30G。参考文献［1］的经验和方法，设置小腔吸收瓷的相对介电常数!r=9.5，建模如图3所示，模拟结果见图5。
3实验比对与分析实验与模拟结果的比对见图6。从图6的比对
572第2期包正强，邓蘅等：多注行波管慢波结构的色散特性分析图4多注耦合腔慢波结构未加载小腔吸收瓷的色散曲线图5多注耦合腔慢波结构加载小腔吸收瓷的色散曲线情况来看，模拟结果与实测结果吻合，频率低端的精度比高端稍好，模拟精度达到1%以内。从图5的模拟结果看，我们发现5个尖峰，实际上它们是引入吸收瓷后吸收小腔产生的谐振；我们还可以看到，第7至第10模上的谐振是成对出现的，两对谐振模式频率相同，相位不同，因此它们是间并的；第6模上的是最低谐振模。这些谐振模式都有一定的谐振频率范围，吸收微波能量，故可以有效抑制多注行波管振荡，提高工作稳定性。图6色散曲线实验与模拟结果的比对我们还进行了多注耦合腔慢波结构与单注耦合腔慢波结构的冷通带宽度的比较，发现在相同结构的情况下60o槽角的多注慢波系统与67
o槽角的单注
慢波系统具有相同的冷通带宽度，80o槽角多注慢波系统的冷通带宽度接近一个倍频程。因此，多注耦合腔慢波系统可以实现宽带工作。
4结束语综上所述，多注耦合腔慢波结构可以使行波管大功率、低电压、宽频带工作，是一种很有发展前景的新型慢波结构。而我们对该慢波结构的设计计算结果和试验值基本吻合，所以这种方法是可行的。
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672电子器件第27卷