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     

0.34 THz双注高次模折叠波导行波管高频系统设计

高频系统是行波管的核心部件,它会直接影响行波管的工作频率、带宽、增益等性能指标。为了获得更大的输出功率和更高的增益,对0.34 THz双注高次模折叠波导行波管的基本特性进行了研究,计算了双注折叠波导的色散特性和耦合阻抗,并与仿真结果进行对比,结果显示色散特性随频率升高差距增大,耦合阻抗在高频段匹配较好,并研究了损耗特性。利用CST仿真工作室对双注折叠波导的注波互作用特性进行了仿真,实现41.68 W输出。为了获得更高的输出,通过增大直波导高度,最终使输出功率提高了52.7%,达到63.12 W。最后设计了符合要求的盒型输出窗和模式转换器,验证了高频系统的传输特性。     

金属柱平板慢波系统高频特性研究

对于离散的金属柱结构构建的周期性平板慢波系统,本文利用3维FDTD方法结合HFSS仿真软件深入分析了该慢波系统的高频特性.研究了金属柱高度、周期长度对色散特性的影响,计算了耦合阻抗,并与传统光栅慢波系统特性进行了对比分析.分析表明金属柱慢波系统既有与传统光栅慢波系统相似的高频特性,又具有独自的特点,位于离散的金属柱周期间隙中的电子注互作用耦合阻抗具有对称性;金属柱结构用作真空电子器件的高频系统可增加发生有效互作用的电子注厚度,降低起振电流密度,提高器件效率.本文的分析结果为设计低电流密度工作的多电子注短毫 关键词： 金属柱平板慢波系统 3维FDTD算法 色散特性 耦合阻抗     

曲折圆形槽波导慢波系统的高频特性

 对曲折圆形槽波导新型慢波系统的高频特性进行了研究，通过理论分析和数值计算，得到了它的色散曲线和耦合阻抗表达式，并分析了结构参数变化对色散特性和耦合阻抗的影响。研究表明：当周期变小时色散减弱，耦合阻抗增加；而增大直波导长度时色散变弱，但同时耦合阻抗也会下降。因此较小的周期有利于改善曲折圆形槽波导慢波电路的高频特性。鉴于这种电路的耦合阻抗较低，可以适当地减小直波导长度来提高耦合阻抗。曲折槽波导结合了曲折波导散热能力强、色散特性好、容易加工和槽波导单模工作、低损耗、大尺寸等优点，在毫米波及亚毫米波段的行波管中具有较好的发展前景。     

同轴任意槽形周期圆波导慢波结构色散特性的研究

用阶梯近似的方法分析任意槽形加载的圆波导慢波系统，利用各阶梯相邻面的导纳匹配条件 以及中心互作用区与加载区的场匹配条件，获得了任意槽形加载周期慢波结构的统一色散方 程. 利用该色散方程，得到色散特性与CST MWS仿真软件模拟结果良好符合. 分别求解几种 特殊槽形加载慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构色散和耦合阻抗均最弱， 而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 任意槽形 慢波结构 色散特性 行波管     

V波段大功率带状注曲折波导行波管

利用曲折波导慢波结构和一个长宽比为3∶1的带状电子注作为注-波互作用电路,完成了对V波段大功率行波管互作用电路的设计。分析了带状电子注通道对高频特性的影响,并在综合考虑色散和耦合阻抗的情况下得到了优化的结构参数。建立了3维的V波段带状注曲折波导行波管的电路模型,并利用CST粒子工作室完成了注-波互作用的仿真研究。研究结果表明,当工作电压和电流分别为17 kV和150 mA时,带状注曲折波导行波管在58~62 GHz时的饱和平均输出功率大于160 W,增益大于34.7 dB。     

S波段宽带大功率连续波耦合腔行波管3维模拟设计

 使用3维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用行为。使用完整的仿真模型完成了S波段连续波管型的设计，达到如下设计指标：工作频率2.0~2.3 GHz，输出功率4.3 kW，频带内增益波动±0.7 dB。提出了使用大介电常数微扰介质棒减小耦合阻抗计算误差的方法，研究了行波管的冷腔特性，给出了色散、耦合阻抗等参数。     

螺旋线行波管慢波结构设计及注波互作用模拟

通过模拟计算,分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响,优化慢波结构,初步设计了Ku波段螺旋线行波管慢波结构。模拟行波管输入输出结构,得到输入端反射系数小于-19 dB,电压驻波比小于1.24。电子聚焦系统采用周期永磁聚焦,磁场周期为8.5 mm,计算得到磁场峰值为0.17 T。为提高注波互作用效率,采用具有动态速度渐变特性的慢波结构,使得电子注与高频场有足够的互作用时间,从而保证电子不断地将能量交给高频场。运用三维PIC粒子模拟软件分析行波管的注波互作用,得到在12.5~16 GHz频率范围内输出功率大于88.7 W,电子效率大于14.8%,增益大于34.6 dB。     

S波段宽带大功率耦合腔行波管冷测实验研究

介绍了一只S波段宽带大功率耦合腔行波管的冷测实验进展.测量了该管的色散特性、同步电压、耦合阻抗等高频特性参数,测量结果与模拟值相一致.     

S波段宽带大功率耦合腔行波管冷测实验研究

介绍了一只S波段宽带大功率耦合腔行波管的冷测实验进展. 测量了该管的色散特性、同步电压、耦合阻抗等高频特性参数, 测量结果与模拟值相一致.     

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。     

考虑螺旋带径向厚度的螺旋线慢波系统的研究

 分析了具有夹持杆和金属屏蔽筒并且考虑了螺旋带径向厚度的螺旋线慢波系统的色散特性和耦合阻抗。通过用切比雪夫多项式来展开螺旋带上的面电流，用真空层来模拟螺旋带的厚度，用均匀分层介质来等效介质夹持杆，得到了色散方程和耦合阻抗的表达式。与实验数据相比，考虑螺旋带厚度所得出的结果明显优于未考虑其厚度的结果。利用该模型设计了两个工作在3GHz的螺旋线慢波系统。     

螺旋线厚度对螺旋线慢波结构高频特性的影响

在螺旋坐标系下采用近似场匹配法研究了厚度较厚的螺旋线慢波结构的高频特性,得到了其色散方程,并数值计算了螺旋线厚度对慢波系统的相速的影响。结果表明:随螺旋线厚度的增加,慢波结构的色散曲线变得平坦,色散变弱,带宽增加。与软件仿真结果及Hook的螺旋线模型对比表明:采用近似场匹配法的计算结果与CST仿真吻合得更好,比Hook模型具有更高的准确性,从而证明所采用理论方法的有效性。     

磁化等离子体填充螺旋线的色散方程

利用等离子体流体理论和纵向场分量法，结合螺旋线的导电面模型，对在有限磁场作用下，填充等离子体的螺旋线进行了严格的场分析. 在给出各区域电磁场分量表达式的基础上，利用螺旋线的边界条件，导出了磁化等离子体填充螺旋线中电磁波传播所满足的色散方程，并对所导出的色散方程进行了讨论. 关键词： 有限磁场 等离子体 螺旋线 色散方程     

Numerical investigation of elastic modes of propagation in helical waveguides

Steel multi-wire cables are widely employed in civil engineering. They are usually made of a straight core and one layer of helical wires. In order to detect material degradation, nondestructive evaluation methods based on ultrasonics are one of the most promising techniques. However, their use is complicated by the lack of accurate cable models. As a first step, the goal of this paper is to propose a numerical method for the study of elastic guided waves inside a single helical wire. A finite element (FE) technique is used based on the theory of wave propagation inside periodic structures. This method avoids the tedious writing of equilibrium equations in a curvilinear coordinate system yielding translational invariance along the helix centerline. Besides, no specific programming is needed inside a conventional FE code because it can be implemented as a postprocessing step of stiffness, mass and damping matrices. The convergence and accuracy of the proposed method are assessed by comparing FE results with Pochhammer-Chree solutions for the infinite isotropic cylinder. Dispersion curves for a typical helical waveguide are then obtained. In the low-frequency range, results are validated with a helical Timoshenko beam model. Some significant differences with the cylinder are observed.     

轴线起爆式螺线管型爆磁压缩发生器理论模型

 对轴线起爆式螺线管型爆磁压缩发生器进行了理论模型研究，建立了爆炸管的一维爆轰驱动模型、螺线管内空间磁场强度分布模型、爆炸管外表面磁压力模型和发生器系统的等效电路模型等，对此类发生器的物理过程进行系统描述。在此基础上，编制了相应的零维数值模拟程序CEMG 1.0，利用该程序分别对四种不同模型参数的发生器进行了理论计算和参数优化，并对其中一模型发生器爆炸管外表面的磁压力及其引起的剩余电感进行了计算，给出了剩余电感与初始输入条件及负载电感的关系，从而得到该模型的输出性能极限。对理论模型的正确性进行了实例验算证明。     

螺旋线径向挤压变形对其慢波结构冷测特性的影响

 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。     

翼片加载螺旋带慢波结构的损耗特性

 因为金属不可能具有理想的导电性能，慢波系统的损耗总是存在的，因此衰减常数是衡量一个慢波系统优劣的重要参数之一。考虑螺旋带径向厚度，对介质进行分层，取不同的径向相位常数对翼片加载螺旋线慢波结构建立了螺旋带模型，详细推导了衰减常数表达式。计算结果表明，考虑螺旋带径向厚度将提高衰减常数的计算值，螺旋线本身的损耗占整个系统损耗的大部分。     

行波管相位一致性的理论研究与计算机模拟

 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。     

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。