矩形螺旋线行波管注-波互作用3维模拟

结 果 与 实 际 的 ３ 螺 旋 线 之 间 存 在 着 一 定 的 误 差 。 本 文 借 助 Ｍ ＡＧ Ｃ 的 强 大 的 工 具 套 件 ， 用 ３ 螺 旋 带 模 Ｄ Ｉ 采 Ｄ
型， 用导 电率 渐变 的 电阻负 载代 替输 人输 出同轴 线 ， 同时设 置适 当 的衰减 器 ， 有效 减少 了反 射 和 自激 震荡 ， 完成
路集 成 ， 实现 大规模 批 量生 产 ， 且可 靠性 高 ， 本低 。同时 ， 面结 构 的 电路 一 般 与带 状 电子束 作 用 ， 状 电子 成 平 带
束具 有较 低 的空 间电荷 效应 、 功率 等优 点 ， 高 目前 已成 为真 空 电子学 领域 内的另一 个研 究 热点 。
传 统 的 圆横截 面螺 旋慢 波线 是行 波 管 （ ＴｗＴ） 中一 种非 常经 典 的慢波 结 构 一但 圆 螺旋线 与 圆形 或 环形 电 ， 子 注互作 用 ， 与 ＭＥ 且 ＭＳ技术 不兼 容 ， 以必须 寻求 可 与带 状 注互 作 用 的新 型 慢波 电路 。 由圆螺 旋 线 演 变来 所
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 ， 除 自激 震 荡 。仿 真 结 果 表 明 ： 形 消 矩
螺 旋 线 ＴｗＴ模 型 能 够 进 行 有 效 的注 一 互 作 用 ， 全 可 以 反 映 管 内互 作 用 的 非 线 性 本 质 ， 明 了模 型 设 计 的 波 完 证 合 理 性 ， 对 影 响 注一 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 ： 作 频 率 ８ 并 波 工
矩 形 螺 旋 线 行 波 管 注一 互 作 用 ３维 模 拟 波
付成芳 ， 魏彦玉。 蒋 艺 ，
（ ．淮 阴工 １ ２ ０ ３ ．电 子科 技 大学 物 理 电 子 学 院 ，成 都 ６ ０ ５ ） １０ ４
摘 要 ： 运 用 ３ Ｄ粒 子 模 拟 软 件 ＭＡＧ Ｃ分 析 了矩 形 螺 旋 线 行 波 管 （ Ｉ ＴｗＴ） 注 波 互 作 用 过 程 。模 型设 的
第 ２ ３卷 第 ５期
２１ ０ １年 ５月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴ Ｉ Ｇ ＣＩＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖ ｏ１ ２ ． ３，Ｎ Ｏ． ５
Ｍａ ｙ， ２ １ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ ３ ２ ２ １ ） ５１ ４ — ５ ０ １４ ２ （ ０ １ ０ —３ １０
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１ ２ ＧＨｚ 输 出功 率 峰 值 达 ４ ０Ｗ ， ｄ ， ８ ３ Ｂ带 宽 为 ４ ＧＨｚ 电子 效 率 为 １ ． 。 ， １８ 关 键 词 ｌ 高 功 率 微 波 ； 矩 形 螺 旋 线 行 波 管 ； 电磁 仿 真 ； 粒 子 模 拟 中 图 分 类 号 ： Ｔ ２ Ｎｌ ４ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰ Ｂ ０ １ ３ ５ １ ４ ｏ ：０ ３ ８ ／ Ｉ ２ １ ２ ０ ． ３ １ Ｐ
的 矩 形 横 截 面 螺 旋 线 就 是 一 种 很 有 前 途 的 慢 波 电 路 ， 目前 国 内 外 相 关 的 研 究 报 道 非 常 少 ， 在 ２ 但 仅 Ｏ世 纪 ６ ０年 代 末 出 现 关 于 平 面 螺 旋 线 结 构 的 初 步 研 究 】且 所 用 的 物 理 模 型 是 无 限 宽 的 近 似 模 型 。 矩 形 螺 旋 线 慢 波 系 统 ，
随着空 间技 术 的飞 速发展 ， 米波 及 相关研 究 成为 热 点… 。 由于“ 毫 共度 性 ” 得 毫 米 波段 的高 频互 作 用 电 使 路 的尺 寸变 得很 小 ， 迫使 人们 不断 探索 新 型慢波 结构 来 满足 当前 电子 装 备领 域 新 的 需求 。 目前 ， 形 螺旋 线 、 方
平 面 螺 旋 线 和 变 形 折 叠 波 导 等 几 种 新 型 紧 凑 型 平 面 慢 波 电路 已 经 吸 引 了 众 多 微 波 管 领 域 学 者 的 关 注 ， 们 它 可 基 于 微 电 子 机 械 系 统 （ Ｍ Ｓ 技 术 制 作 ， 有 高 稳 定 性 、 可 靠 性 、 型 化 、 于 加 工 等 优 点 ， 可 与 微 波 电 ＭＥ ） 具 高 小 易 还
了 Ｘ波段 连续 波矩 形螺 旋 线 Ｔ Ｔ的设 计 。 Ｗ
ｌ 计 算 模 型 设 计
利 用 电 磁 仿 真 软 件 ＨＦ Ｓ的 准 周 期 边 界 和 场 计 算 器 提 Ｓ
供 的强大 宏编 程功 能 ， 只需进 行 一 次 仿 真 ， 行 数 据后 处 理 ， 进
就 能 得 到 全 部 相 速 和 耦 合 阻 抗 的 数 据 】 。综 合 考 虑 矩 形 螺 旋 线 的色 散 特 性 曲 线 和 耦 合 阻 抗 ， 计 合 理 的 慢 波 结 构 参 数 ， 设 然 后 利 用 Ｍ ＡＧＩ 进 行 建 模 ： 建 立 金 属 屏 蔽 简 ， 后 设 计 适 当 Ｃ 先 然
及 注 波互 作用 采用 的模 型 是导 电面 近似 和简 化 ， 因而存 在一 定 的误 差 ］ 。ＭＡＧＩ Ｃ是粒 子模拟 领域 的优 秀候 选 者 ， 内外使 用 ＭＡＧＩ 国 Ｃ模 拟 分析微 波 管 的很 多 ［ ， 用来模 拟 螺旋 线 ＴｗＴ 的却很 少 ， 因是 螺 旋线 的输 ７ 但 原 入 输 出结构 为 同 轴 线 ， ＭＡＧＩ 用 Ｃ很 难 设 计 出 匹 配 理 想 的输 入 输 出结 构 ， 程 序 代 码 冗 长 。文 献 ［ ］ 用 且 ９利 ＭＡＧ Ｃ研究 了螺 旋线 ＴｗＴ 的效率 问题 ， 用导 电面模 型近 似 模 拟 ， 际是 对 ３ Ｉ 采 实 Ｄ结 构 进行 了 ２ Ｄ等 效 ， 得 所