考虑螺旋带厚度的翼片加载螺旋线慢波结构的理论分析

 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。首次将考虑螺旋带径向厚度的螺旋带模型应用于翼片加载螺旋线慢波结构，将离散的夹持杆等效为一系列连续的介质层，各层取不同的径向相位常数，得到了实用的色散方程和耦合阻抗表达式。利用导出的方程对实际行波管的螺旋慢波结构进行计算，计算结果与测量结果具有良好的一致性。分析了螺旋带厚度、介质分层数以及外壳半径对计算结果的影响，结果表明考虑螺旋带厚度能大幅提高计算精度。     

介质加载折叠波导行波管的线性分析

提出了一种介质加载折叠波导慢波结构,给出了该结构中存在电子注时慢波互作用的热色散方程,在介电常数ε_r=1的特殊情况下该方程即简化为普通折叠波导的小信号工作方程.在给定慢波结构尺寸的基础上,分析比较了介质加载对放大器小信号增益特性的影响,结果表明:"弱加载"(介质厚度d/a<0.1)时,无需重新设计慢波结构的参数,只需适当调整工作电压和电流就可以满足原有设计要求,而且和未加载时相比增益特性更为平坦,降低的电子注阻抗也有利于电子效率的提高.考虑到 关键词： 折叠波导 行波管放大器 介质加载 热色散方程     

近零介电常数材料用于天线口面加载研究

近零介电常数材料常用于口面加载以修正天线波前相位,提高口径效率。在对以往金属线阵周期结构研究基础上,提出了介质镀膜板周期结构的近零介电常数材料,并基于NRW本构参数法计算得到了该材料的等效介电常数,依据口面相位差平方和最小原则研制了中空形式的介质镀膜中空板加载结构。实验结果表明,X波段角锥天线加载后其主轴增益最大提高了1.8 dB,口径效率从原有0.4提高至0.6以上,相对工作带宽大于10%。     

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.     

介质加载复合光栅结构的色散特性研究

提出了一种用于Smith-Purcell器件的介质加载金属光栅周期慢波结构.通过采用本征函数法和单模近似法求解了介质加载金属光栅的"热"色散方程,在同步点得到了注-波互作用的一阶和二阶增长率,分析了光栅槽宽和槽深对色散特性的影响,并研究了电子注参数及其与光栅表面距离等主要参数对增长率特性的影响.结果表明:通过介质加载金属光栅有利于减弱色散,随着介质相对介电常数、槽宽度以及深度的增大,色散曲线变平缓且向低频区移动;当电子注参数变化时,一阶增长率曲线从整体上粗略地描述增长率变化趋势,二阶曲线则更精细地描述增长率相应值的变化.利用软件MAGIC对该结构的色散特性进行了二维模拟,模拟结果与理论计算值符合良好.     

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。     

沟道板慢波电路的高频特性

 提出了一种适用于毫米波行波放大器的慢波电路——沟道板慢波电路，该慢波电路的基本结构与沟道梯型慢波电路相似，但其环与金属壁间使用金属板相连。使用场论方法分析了沟道板慢波电路，得到的色散结果与CST的模拟结果之间的误差在1.5%以内。计算表明，沟道板慢波电路与沟道梯型慢波电路的耦合阻抗特性相似，且沟道板电路的色散相对较弱，具有更宽的带宽。     

同轴交错圆盘加载波导慢波结构高频特性的研究

采用多导体传输线分析方法, 对同轴交错圆盘加载波导慢波结构进行了理论分析, 得到了这种慢波结构的色散方程; 利用该色散方程, 得到的色散特性与HFSS仿真软件模拟结果符合良好. 分析了结构参数的变化对同轴交错圆盘加载波导慢波结构的色散特性影响. 结果表明: 增加内径和减小慢波结构的单位周期长度可以拓展慢波结构的带宽. 对同轴圆盘加载波导和同轴交错圆盘加载波导两种慢波结构的色散特性进行了比较, 结果表明: 采用圆盘交错加载方式可以减弱色散, 拓展带宽. 研究结果对同轴交错圆盘加载波导在毫米波行波管中的应用具有指导意义. 关键词： 行波管 同轴交错圆盘加载波导 慢波结构 色散特性     

衰减器对螺旋线慢波结构高频特性影响的理论研究

以加载衰减器的螺旋线慢波结构作为研究对象，采用螺旋导电面模型，用真空层模拟螺旋带的厚度，用均匀介质层等效分立的介质夹持杆，并考虑到各横向区域横向传播常数的不同，得到了任意次模式的色散方程和耦合阻抗的表达式. 在此基础之上，分析了衰减器对主模和-1次模式的衰减常数、相位常数和耦合阻抗的影响.所得结果对设计衰减器具有理论指导意义，为螺旋线慢波系统高频特性的改善以及反射振荡和返波振荡的抑制提供了理论依据. 关键词： 螺旋线 行波管 衰减 色散     

纵向金属导体加载螺旋慢波特性的理论研究

 考虑角向均匀谐波与非翼片区角向高次谐波的影响，运用场匹配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，在此基础上推导得到有限翼片加载下的耦合阻抗和衰减常数。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和部分实验数据进行比较，其曲线趋势基本一致，反映了该结构的物理本质，本方法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手段。     

Review of the Novel Slow-Wave Structures for High-Power Traveling-Wave Tube

All-metal slow-wave structures are being paid great attention because of their advantages, such as good heat dissipation, high power capacity, wide passband, good wholeness of structure and large size etc. The emphases in this paper concentrate on the present state of study of four types of structures: helical groove, ring-plane, folded waveguide and periodically loaded waveguide, including theoretical analyses and practical applications. The problems and directions for future studies of these types of slow-wave circuits are also discussed. It is pointed out that all-metal slow-wave structures are suitable for applications in millimeter wave vacuum devices, like TWT, BWO, Gyro-TWT, and relativistic devices.     

Investigation of the Dielectric-Loaded, Ridged Helical Groove Slow-Wave System for the Millimeter Wave TWT

A dielectric-loaded, ridged helical groove slow-wave structure for the millimeter wave traveling wave tube is presented in this paper. The effects of the groove depth, ridge dimensions and the dielectric permitivety on the wave propagating properties and the interaction impedance are investigated in detail. From the analysis, it is indicated that for broader band amplification in a helical groove travelling wave tube, a ridged helical structure with shallow groove and loaded by dielectric with proper relative permitivety may be applied.     

圆柱型填充介质慢波自由电子激光器的理论分析

用流体理论研究了带wiggler场圆柱型填充介质的自由电子激光器(FEL)。结果表明:本系统超辐射放大的工作主模式为横电(TE)模,并具有所有慢波FEL的特点。 关键词：     

Radio-Frequency Characteristics of a Printed Rectangular Helix Slow-Wave Structure

A new type of printed rectangular helix slow- wave structure （SWS） is investigated using the field-matching method and the electromagnetic integral equations at the boundaries. The radio-frequency characteristics including the dispersion equation and the coupling impedance for transverse antisymmetric （odd） modes of this structure are analysed. The numerical results agree well with the results obtained by the EM simulation software HFSS. It is shown that the dispersion of the rectangular helix circuit is weakened, the phase velocity is reduced after filling the dielectric materials in the rectangular helix SWS. As a planar slow-wave structure, this structure has potential applications in compact TWTs.     

Excitation of surface plasma waves over corrugated slow-wave structure

A microwave propagating along vacuum—dielectric—plasma interface excites surface plasma wave (SPW). A periodic slow-wave structure placed over dielectric slows down the SPW. The phase velocity of slow SPW is sensitive to height, periodicity, number of periods, thickness and the separation between dielectric and slow-wave structure. These slow SPW can couple the microwave energy to the plasma and can sustain the discharge. The efficiency of the power coupling is few per cent and is sensitive to separation between dielectric and slow-wave structure.     

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。     

Analysis of a Chiral Dielectric Supported Broadband Helix Slow-Wave Structure for Millimeter-Wave TWTs

A novel technique of broadbanding a helical slow-wave structure through negative dispersion shaping is proposed. The model considers a simple continuous chiral dielectric support for the helix inside a metallic barrel, unlike conventional helix slow-wave structures with three discrete dielectric supports at 120⁰ apart. The dispersion relation of the slow-wave structure was derived following sheath-helix abstraction, suitably benchmarked for special cases, and was used for analyzing the dispersion behavior of a typical slow-wave structure. Chiral dielectric loading could easily provide negative dispersion characteristics (required for broadband operation) by merely controlling the chirality parameter alone. The scheme with its simple geometric configuration is expected to be useful for millimeter-wave devices providing better thermal management. The basic concept was presented as a conference abstract at the 27th IEEE International Conference on Infrared and Millimeter Waves, California, 22–26 September 2002, as: S. K. Datta, E. V. Jayashree, S. D. Veena, and Lalit Kumar, “Broadbanding of a Helical Slow-Wave Structure Using Chiral Dielectric Loading.”