相对论行波管慢波结构几何参数研究
相对论返波管慢波结构的起始端设计
相对论返波管慢波结构的起始端设计
陈昌华;刘国治;宋志敏;肖仁珍
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2005(017)008
【摘要】对相对论返波管的慢波结构中横磁模-TM01模的空间谐波系数进行了理论计算.理论上证明采用所述的4种方法构造的有限长度的慢波结构谐振腔,其一些电动力学特性可以等效为无限长结构的特性.根据慢波结构内场分布的特点和计算机数值模拟结果,提出为了提高相对论返波管的转换效率,一般选择慢波结构的起始端从波纹最深处开始.
【总页数】5页(P1121-1125)
【作者】陈昌华;刘国治;宋志敏;肖仁珍
【作者单位】西北核技术研究所,陕西,西安,710024;西北核技术研究所,陕西,西安,710024;西北核技术研究所,陕西,西安,710024;西北核技术研究所,陕西,西
安,710024;清华大学,工程物理系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TN128
【相关文献】
1.阿司匹林联合氯吡格雷对椎动脉起始端重度狭窄病人脑卒中的二级预防作用 [J], 米玉霞;张广玉;王艳玲;苏海涛;丁建;吴婧
2.慢波结构参数对同轴相对论返波管线性增长率的影响 [J], 滕雁;唐传祥;刘国治;
陈昌华;肖仁珍;邵浩
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4.支架置入术对锁骨下动脉及椎动脉起始部狭窄患者狭窄两端血管内压力差的影响[J], 高宇海;石进;陈大伟;张英谦;张卫清;赵炫柱;陈先锋
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相对论行波管高频系统的数值模拟及实验验证
相对论行波管高频系统的数值模拟及实验验证摘要：本文主要探讨了相对论行波管高频系统的数值模拟及实验验证。
首先介绍了相对论行波管的基本原理和结构特点，然后详细阐述了高频系统的设计和模拟过程，最后通过实验验证了模拟结果的准确性。
关键词：相对论行波管；高频系统；数值模拟；实验验证1. 引言相对论行波管是一种重要的微波放大器，具有高功率、高增益、高效率等优点，在军事、通讯、卫星等领域有着广泛的应用。
为了提高相对论行波管的性能，必须对其高频系统进行优化设计。
数值模拟是一种有效的方法，在设计过程中可以预测系统的性能，并进行优化调整。
本文将介绍相对论行波管高频系统的数值模拟及实验验证，为行波管的研究提供参考。
2. 相对论行波管的基本原理和结构特点相对论行波管是一种利用慢波结构进行微波放大的器件，其基本原理是利用电子束与慢波场相互作用，使电子束的能量转移到慢波场中，从而实现微波信号的放大。
相对论行波管的结构特点是具有慢波结构，包括入口耦合器、电子枪、电子聚束器、慢波结构、收集极等部分。
其中，慢波结构是整个行波管的核心部件，其作用是将电子束的动能转移到慢波场中，从而实现微波信号的放大。
3. 高频系统的设计和模拟过程3.1 设计参数的确定高频系统的设计是相对论行波管设计的关键环节，其设计参数的确定对行波管的性能有着重要的影响。
在设计过程中，需要确定的参数包括工作频率、功率、增益、带宽等。
这些参数的选择需要根据具体的应用需求和器件特性进行综合考虑。
3.2 慢波结构的设计慢波结构是相对论行波管高频系统的核心部件，其设计对行波管的性能有着重要的影响。
在设计过程中，需要考虑的因素包括慢波结构的长度、周期、腔体大小等。
这些因素的选择需要根据具体的应用需求和器件特性进行综合考虑。
3.3 数值模拟数值模拟是相对论行波管高频系统设计的重要方法之一，可以预测系统的性能，并进行优化调整。
在模拟过程中，需要考虑的因素包括电子束的轨迹、慢波场的分布、功率、增益等。
螺旋线行波管慢波结构及输入输出结构研究的开题报告
螺旋线行波管慢波结构及输入输出结构研究的开题报告一、研究背景螺旋线行波管是一种高功率、高频率微波放大器，其工作频率一般在1-100 GHz范围内，具有功率输出大、宽带性能好等特点。
然而，螺旋线行波管中的慢波结构对其性能表现有重要影响，因此研究螺旋线行波管的慢波结构及输入输出结构是十分必要的。
二、研究内容本研究的主要内容是对螺旋线行波管的慢波结构以及输入输出结构进行深入研究。
具体内容包括：1. 对螺旋线行波管的慢波结构进行理论和模拟分析，研究慢波场分布规律，以及设计和优化慢波结构，提高螺旋线行波管的放大性能。
2. 研究螺旋线行波管的输入输出结构，设计高性能耦合器、调制器等，提高螺旋线行波管的输入输出匹配度，降低衰减和反射损耗。
3. 对螺旋线行波管的性能进行实验测试，验证理论分析的正确性和优化效果。
三、研究意义本研究的意义在于：1. 对螺旋线行波管的慢波结构及输入输出结构进行深入研究，优化设计，提高其放大性能和工作稳定性。
2. 为高功率、高频率微波放大器的设计和制造提供技术支持。
3. 在现代通信、雷达等领域中具有广泛的应用前景。
四、研究方法本研究的主要研究方法包括：1. 理论分析：对螺旋线行波管慢波结构及输入输出结构进行理论分析，研究其结构特点、设计原则等。
2. 模拟仿真：利用软件对螺旋线行波管的慢波结构和输入输出结构进行电磁仿真分析，评估其性能和优化效果。
3. 实验测试：利用高频测试系统对螺旋线行波管进行实验测试，验证理论分析的正确性和优化效果。
五、研究进度安排本研究的进度安排如下：1. 前期准备（3个月）：学习相关文献，熟悉螺旋线行波管的慢波结构及输入输出结构设计原理，掌握相关仿真软件的使用方法，准备实验所需设备。
2. 理论分析及仿真设计（6个月）：对螺旋线行波管的慢波结构及输入输出结构进行理论分析，利用仿真软件进行电磁仿真分析和性能评估。
3. 实验测试（6个月）：利用高频测试系统对螺旋线行波管进行实验测试，验证理论分析的正确性和优化效果。
行波管的工作原理
行波管行波管是靠连续调制电子注的速度来实现放大功能的微波电子管。
在行波管中，电子注同慢波电路中行进的微波场发生相互作用﹐在长达6～40个波长的慢波电路中电子注连续不断地把动能交给微波信号场﹐从而使信号得到放大。
简介：【中文词条】行波管【外文词条】travelling-wave tube【英文缩略】TWT【作者】王直华编辑本段发展历史1943年﹐物理学家康夫纳﹐R.在英国制出世界上第一只行波管﹐1947行波管年美国物理学家J.皮尔斯发表对行波管的理论分析。
现代行波管已成为雷达﹑电子对抗﹑中继通信﹑卫星通信﹑电视直播卫星﹑导航﹑遥感﹑遥控﹑遥测等电子设备的重要微波电子器件。
编辑本段特点行波管的特点是频带宽﹑增益高﹑动态范围大和噪声低。
行波管频带宽度(频带高低两端频率之差/中心频率)可达100％以上﹐增益在25～70分贝范围内﹐低噪声行波管的噪声系数最低可达1～2分贝。
编辑本段原理在行波管中﹐电子注与慢波电路中的微波场发生相互作用。
微波场沿著慢波电路向前行进。
为了使电子注同微波场产生有效的相互作用﹐电子的直流运动速度应比沿慢波电路行进的微波场的相位传播速度(相速)略高﹐称为同步条件。
输入的微波信号在慢波电路建立起微弱的电磁场。
电子注进入慢波电路相互作用区域以後﹐首先受到微波场的速度调制。
电子在继续向前运动时逐渐形成密度调制。
大部分电子群聚于减速场中﹐而且电子在减速场滞留时间比较长。
因此﹐电子注动能有一部分转化为微波场的能量﹐从而使微波信号得到放大。
在同步条件下﹐电子注与行进的微波场的这种相互作用沿著整个慢波电路连续进行。
这是行波管与速调管在原理上的根本区别。
编辑本段结构行波管在结构上包括电子枪﹑慢波电路﹑集中衰减器﹑能量行波管耦合器﹑聚焦系统和收集极等部分。
电子枪的作用是形成符合设计要求的电子注。
聚焦系统使电子注保持所需形状﹐保证电子注顺利穿过慢波电路并与微波场发生有效的相互作用﹐最後由收集极接收电子注。
S、C、X波段螺旋线慢波结构的宽频带行波管研究
•理论与设计•s、c、x波段螺旋线慢波结构的宽频带行波管研究崔建玲，周忠正，常田颖，曹绅，张雪利(北京真空电子技术研究所，北京100015"摘要：为满足现代信息化战争对宽带行波管的需求，对S、C、X波段螺旋线行波管慢波结构的性能进行了研究分析％为适应宽频带要求，选用了带有T形加载翼片以及品形氮化硼夹持杆的螺旋线慢波结构；通过采用动态速度渐变技术，得到了较高的电子效率，并根据仿真计算结果成功研制出了S、C、X波段螺旋线行波管样管％关键词：行波管；宽带；慢波结构；动态速度渐变；互作用效率中图分类号:TN124文献标识码:A文章编号:1002-8935(2021)02-0043-04doi：10.16540/11-2485/tn.2021.02.08Study on S#C#xBand Broadband TWTs w/thHelix Slow Wave StructuresCUIZian-ling#ZHOU Zhong-zheng#CHANG Tian-ying#CAO Shen,ZHANG Xue-ii(.Beijing Vacuum Electronics Research Institute,Beijing100015,China"Abstract:In order to meet the request of modern information war for broadband traveling-wave tubes (TWTs),the slow wave structures of S、C、X band helix TWTs are studied.Helical slow wave structures with T-shaped vane and inverted-T type BN support rod are selected to realize broadband,and dynamic ve-ocitytaper(DVT"technologyisusedtoimprovetheelectroniceficiency.Basedonthesimulationre-sults,the S、C、X band helix TWTs are successfully developed.Keywords:Traveling-wave tube,Broadband,Slow wave structure,DVT,Electronic efficiency电子战是现代信息化战争的主要作战手段，在电子对抗系统中，干扰机是重要的组成部分，干扰机的性能直接电子对抗系统能否实现有效的信息干扰，干扰机的频带越宽、输岀功率越大，由其组成的电子对抗系统在电子战中的优势就越明显％宽带行波管凭借其输岀功率大、频带宽、效率高等优势，使其成为干扰机的核心器件，并在电子对抗系统中得到了广泛的应用(1)。
速调型相对论返波管理论研究
相 对论 返波管 （ Ｂ Ｒ ｗＯ） 有 相 对 较 高 的 功率 、 率 ， 合 重 复频 率 工 作 等 优 点 ， 最 重 要 的 高 功率 微 波 具 效 适 是 （ Ｍ） ＨＰ 器件 之一 ， 国内外 得到 了广泛 的研究 。为 提高 其束一 在 波相 互作 用效 率 和输 出功率 ， 们结 合 渡越 辐射 我 和切伦柯 夫 辐射两 种机 制 ， 出 了一种 速调 型 ＲＢ Ｏ＿ 。该 器件 中 ， 慢波结 构前 端 使用 了谐 振 反射 器 以反 提 Ｗ ＿ 】 训 在 射微 波并且 对 电子束 进行预 调制 。慢波 结构 由一 个调 制腔 进 行分 隔 ， 以降低 调制 电子束 的能 散 。在慢 波 结构
第 ２ ４卷 第 ３期 ２１ ０ ２年 ３月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ Ｒ ＴＩ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖ ｏ ．２ １ ４， Ｎ Ｏ ３ ． Ｍ ａ ．， ２ ２ ｒ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） ３０ ４ — ５ ０ １４ ２ （ ０ ２ ０ — ７ ７０
间隙提 取腔 的第二 个 腔 中的轴 向电场较 第一个 腔更 强 ， 有利 于 电子束 功率 转换成 微波 功率 。模拟 结果 表 明 ， 这
利 用这 种结 构 ， 二极管 电压 １ ２ＭＶ、 在 ． 电流 １ ． Ａ 时 ， 生微 波功率 １ ７ ３ｋ 产 ０ＧＷ ， 效率 ４ Ｌ 。另一 方 面 ， ８ ４ ］ 当输 出功率 达到 １ Ｗ 时 ， 间隙提取 腔速 调型 Ｒ ＷＯ 的提取 腔表 面最 大 电场 超过 ２ＭＶ／ ｍＩ 。 目前 文献 中报 ０Ｇ 双 Ｂ ｃ ４ ］
相对论行波管
相对论行波管1. 介绍相对论行波管是一种重要的电子器件，用于产生和放大微波信号。
相对论行波管的原理基于相对论效应和电磁波在晶格中的行进方式。
本文将详细介绍相对论行波管的结构、原理、工作过程和应用。
2. 结构相对论行波管主要由电子枪、电子透镜、螺旋线和聚束系统组成。
2.1 电子枪电子枪是相对论行波管中的电子发射器。
它由发射阴极和加速电极组成。
发射阴极通常采用钨材料，通过加热发射出电子。
加速电极通过给电子施加电场加速电子的速度。
2.2 电子透镜电子透镜用于聚束电子束，使其能够在螺旋线中稳定地传播。
电子透镜可以通过调节聚束磁场的强弱来实现。
2.3 螺旋线螺旋线是相对论行波管的核心部件。
它由金属导线制成，呈螺旋状。
电子束在螺旋线中沿着螺旋线轴向行进，并同时释放出微波信号。
2.4 聚束系统聚束系统用于将微波信号从螺旋线中聚集起来，并传输到输出端口。
聚束系统通常是一系列的磁场和电场组成，通过调节其强弱和分布来实现微波信号的聚束和传输。
3. 原理相对论行波管的原理基于相对论效应和电磁波在晶格中的行进方式。
当电子束在螺旋线中运动时，由于相对论效应的作用，电子束的质量增加，速度减小。
这使得电子束和晶格之间的相互作用变得更加密切。
当电子束的速度接近光速时，其质量增加到无穷大，所以电子束无法继续加速，也无法通过晶格。
在螺旋线中，电子束它释放出微波信号。
这是因为当电子束和晶格相互作用时，部分电子的运动速度会发生改变，产生相应的电场和磁场变化。
这些变化形成了微小的电磁波，并随着电子束的运动向前传播。
4. 工作过程相对论行波管的工作过程可以分为三个阶段：注入阶段、放大阶段和输出阶段。
4.1 注入阶段在注入阶段，电子枪发射出电子束，并通过电子透镜将其聚束。
聚焦后的电子束进入螺旋线，并开始在螺旋线中沿着轴向运动。
4.2 放大阶段在螺旋线中，电子束与晶格相互作用，释放出微波信号。
这些微波信号在螺旋线中继续传播，并逐渐增强。
这是因为电子束不断与晶格相互作用，产生更多的微波信号，并受到聚束系统的聚集。
物理学史解析爱因斯坦与玻尔的科学贡献
物理学史解析爱因斯坦与玻尔的科学贡献物理学史上，爱因斯坦和玻尔是两位杰出的科学家，他们的贡献不仅推动了物理学的发展，而且对我们对宇宙的认知产生了深远的影响。
本文将解析爱因斯坦与玻尔在物理学上的科学贡献，探讨他们的理论和实验工作。
1. 爱因斯坦的相对论爱因斯坦在20世纪初提出了狭义相对论和广义相对论，这两个理论彻底改变了我们对时间、空间、能量和引力的理解。
（1）狭义相对论狭义相对论主要探讨了运动物体的相对性和光速不变原理。
爱因斯坦认为，任何物体的运动都与观察者的参照系有关，不存在绝对静止的参照系。
此外，光速是宇宙中的最大速度，无论观察者的运动状态如何，光速在不同参照系中都保持恒定。
这一理论揭示了时间和空间的相对性，打破了牛顿力学的框架。
（2）广义相对论广义相对论是爱因斯坦对引力现象的解释。
他认为，引力并不是某个物体对另一个物体的作用力，而是由于物体间的质量和能量弯曲了时空，其他物体沿着时空曲率运动的结果。
这个理论在解释光线弯折、黑洞和宇宙膨胀等现象方面具有重大意义。
2. 玻尔的量子力学玻尔是量子力学的奠基人之一，他的贡献主要体现在原子结构和能级理论方面。
（1）玻尔原子模型玻尔提出了一个经典的原子模型，该模型认为原子由一个核心和一系列定量的电子轨道组成。
电子在轨道间跃迁时会吸收或发射特定能量的光子，从而解释了波尔的光谱定律。
虽然这个模型后来被量子力学所取代，但它仍然是研究原子结构的重要起点。
（2）能级理论玻尔在研究氢原子时提出了能级理论。
他认为，电子在原子中具有特定的能级，每个能级都对应着一个确定的能量值。
能级之间的跃迁会产生不同波长的光谱线，这一观点为后来的量子力学奠定了基础。
3. 爱因斯坦与玻尔的科学合作爱因斯坦和玻尔是早期量子力学领域的重要合作者。
1913年，他们在布鲁塞尔召开了一次著名的“布鲁塞尔会议”，讨论了量子力学的各种问题。
尽管在一些基本问题上存在分歧，但他们的合作仍然推动了量子力学的发展。
一种用于去除行波管慢波结构有限元仿真中产生的伪直流模式的新方法
本 征 求 解 器 。这 个 求 解 器 相 对 于其 他 商 业 软 件 在 仿 真 行 波 管 慢 波结 构 时 对 内存 的 需 求 以及 计 算 时 间都 大 幅地 降 低 。 关 键 词 ： 直 流 模 式 ； 限元 法 ； 层 基 函数 ； 波 结 构 伪 有 叠 慢
中 图分 类 号 ：Ｎ１４ Ｔ ２ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ２ ８ ３ （０ ２ ０ —０ １ ～０ １ ０ － ９５ ２ １ ）３ ０ ３ ４
ＸＵ ，Ｙ ＡＮ Ｇ ｈ ｎ — ａ，ＬＩＪａ － ｉ ｇ，ＬＩＢｉ Ｌｉ Ｚ ｏ ｇｈ ｉ ｉｎ ｑｎ ｎ
（ ｃ ｕ Ｅｌｃｒ ｎ ｃ ｔｏ ａ ｂ，Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ Ｅｌｃｒ ｎ ｃＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ ｏ Ｃ ｉ ａ，Ｃ ｅ ｇ １ ０ ４，Ｃｈ ｎ ） Ｖａ ｕ ｍ ｅｔｏ ｉｓＮａ ｉｎ ｌＬａ ｉ ｅｓｔ ｆ ｅｔｏ ｉ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｆ ｈ ｎ ｈ ｎ ｄｕ６ ０ ５ ｉａ
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波 结构 仿 真 中的一 种 有效 的数 值求 解 技术 口 。为 ］ 了避 免传 统 的结 点有 限 元法 产 生 的非 物 理 伪 模 式 ，
过 这个 谱变 换 ， 以 避免 伪 直 流 模 式 的 产生 。然 而 可 采 用这种 方 法 ， 每 步 Ａｒ ｏｄ 迭 代 中都 需 要 反 复 在 ｎ ｌｉ 求解 一个 不 定 的高度 病态矩 阵 方程 。这 就导致 采用
慢波结构 色散曲线 非洛魁定理 禁带
慢波结构、色散曲线、非洛魁定理和禁带是电磁波理论中的重要概念，它们在微波和光子器件设计中起着至关重要的作用。
本文将对这些概念逐一进行解释和探讨。
1. 慢波结构慢波结构是一种能够减慢或加速电磁波传播速度的器件，它可以被用于微波和毫米波器件中。
慢波结构能够改变电磁波在器件中传播的速度，从而影响器件的特性和性能。
慢波结构广泛应用于微波管、行波管、激光器等器件中，通过精密设计和工艺制造可以实现对电磁波的精确控制。
2. 色散曲线色散曲线描述的是介质中电磁波的传播特性随频率变化的曲线。
不同介质具有不同的色散曲线，它们反映了介质对电磁波频率的响应。
通过研究和分析色散曲线，可以深入了解介质的频率特性和色散特性，为器件设计和性能优化提供重要参考。
3. 非洛魁定理非洛魁定理是电磁波理论中的基本原理，它描述了任意频率的电磁波在空间中传播的特性。
非洛魁定理是电磁场方程的基础，它揭示了电磁波的传播规律和特性，广泛应用于无线通信、天线设计、光子器件等领域。
4. 禁带禁带是固体物理学中的重要概念，它描述了晶体结构中电子能级的分布特性。
禁带对于半导体器件的设计和性能至关重要，它影响了半导体材料的导电性和光电特性。
通过调控禁带的宽度和能级分布，可以实现对半导体器件电子运输和能带结构的精确控制。
慢波结构、色散曲线、非洛魁定理和禁带是电磁波理论中的重要概念，它们对于微波和光子器件的设计和性能优化起着至关重要的作用。
通过深入研究和理解这些概念，可以更好地应用于实际工程中，推动微波和光子器件领域的发展和创新。
希望通过本文的介绍，读者能够对这些概念有更清晰的认识，并在相关领域的研究和应用中取得更好的成果。
慢波结构在电磁波理论和微波器件设计中起着不可或缺的作用。
它可以被用于减慢或加速电磁波的传播速度，从而影响器件的特性和性能。
慢波结构可以通过不同的设计和制造工艺来实现对电磁波的精确控制，这使得它在微波管、行波管、激光器等器件中得到了广泛的应用。
一种用于X波段空间行波管的慢波结构[发明专利]
![一种用于X波段空间行波管的慢波结构[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/5e6790a8fe4733687f21aa65.png)
专利名称：一种用于X波段空间行波管的慢波结构专利类型：发明专利
发明人：吴华夏,贺兆昌,法朋亭,高红梅
申请号：CN200910251433.3
申请日：20091218
公开号：CN101728183A
公开日：
20100609
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种用于X波段空间行波管的慢波结构。
管壳采用内径R＝1.9mm的蒙乃尔管壳，夹持杆采用楔形BeO99材料，采用0.13mm×0.26mm的高纯真空熔炼钼螺旋线，该慢波结构输出段螺旋线具有螺距不同的多个段，选用两段碳膜衰减器来抑制自激振荡。
该慢波系统具有耦合阻抗大、散热能力强、互作用效率高等优点，适合用于空间行波管。
申请人：安徽华东光电技术研究所
地址：241000 安徽省芜湖市弋江区城南高新技术开发区华厦科技园
国籍：CN
代理机构：芜湖安汇知识产权代理有限公司
代理人：蒋光恩
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相对论行波管
相对论行波管一、引言相对论行波管是一种利用电子束与高频电磁场相互作用来放大微弱信号的电子器件。
它是现代通信技术中不可或缺的关键组成部分之一，广泛应用于卫星通信、雷达、无线电广播等领域。
本文将从相对论行波管的基本原理、结构和工作原理三个方面进行详细阐述。
二、基本原理1. 相对论效应相对论效应是指当物体接近光速时，时间和空间会发生扭曲变化。
在相对论行波管中，由于电子束的速度非常接近光速，因此需要考虑相对论效应。
2. 高频电磁场高频电磁场是指频率在几百兆赫到几千兆赫之间的电磁波。
在相对论行波管中，高频电磁场被用来操纵和放大电子束。
3. 交变场加速器交变场加速器是一种将静止的粒子加速到高速运动状态的装置。
在相对论行波管中，交变场加速器被用来将低能量的电子加速到足够高的能量，以便它们可以与高频电磁场相互作用。
三、结构相对论行波管的主要组成部分包括电子枪、交变场加速器、螺旋线和收集极等。
下面将对每个部分进行详细介绍。
1. 电子枪电子枪是相对论行波管中产生电子束的部件。
它由阴极和阳极组成，通过加热阴极来释放电子，然后通过阳极上的孔洞将电子束聚焦到一起。
2. 交变场加速器交变场加速器是将低能量的电子加速到足够高的能量，以便它们可以与高频电磁场相互作用的部件。
它由两个或多个金属环组成，这些金属环会在高频电磁场的作用下产生强烈的交变场，从而使得通过其中心轴线传输的电子获得更高的能量。
3. 螺旋线螺旋线是相对论行波管中放大信号的部件。
它由金属导体制成，通常采用螺旋形或螺旋形扭曲形式。
当高频电磁场通过螺旋线时，会产生一种旋转的磁场，从而使得电子束在螺旋线中运动时获得更多的能量。
4. 收集极收集极是相对论行波管中用来收集电子束的部件。
它由金属制成，并位于螺旋线末端。
当电子束通过螺旋线后，会被收集极吸引，并产生一个微弱的电流信号。
四、工作原理相对论行波管的工作原理可以分为三个阶段：注入、加速和放大。
下面将对每个阶段进行详细介绍。
一种适用于太赫兹行波管的慢波结构及其加工方法[发明专利]
![一种适用于太赫兹行波管的慢波结构及其加工方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c9e69fa782d049649b6648d7c1c708a1294a0a48.png)
专利名称：一种适用于太赫兹行波管的慢波结构及其加工方法专利类型：发明专利
发明人：袁学松,崔仲韬,陈青云,鄢扬,李海龙,王彬,殷勇,蒙林申请号：CN202111303041.4
申请日：20211105
公开号：CN114038728A
公开日：
20220211
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于真空电子领域，具体提供一种适用于太赫兹行波管的慢波结构及其加工方法。
本发明采用圆筒状金属外壳加载倾斜设置的扇面状盘片的交错栅结构，能够大幅改善电子注与慢波在所述结构内的注波互作用，保证较大带宽的同时确保了结构的电子束通道较大、工作频带内的耦合阻抗较高；并且，进一步提出金属外壳与加载盘片分离设计、再通过金属外壳上开设的匹配于加载盘片的倾斜缝隙将加载盘面密封固定于金属外壳上的结构，基于此结构能够采用金属外壳与扇面状盘片单独加工后再装配的加工方式，确保加载盘片的一致性、从而保证器件各单元空间周期的一致性，完美适用于小尺寸的太赫兹行波管的工业化生产，并且具有生产效率高、成品率高的优点。
申请人：电子科技大学
地址：611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号
国籍：CN
代理机构：电子科技大学专利中心
代理人：甘茂
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一种X波段过模高效率相对论返波管
073002-1第30卷第7期强激光与粒子束V o l .30,N o .7 2018年7月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S J u l .,2018 一种X 波段过模高效率相对论返波管*史彦超, 滕 雁, 陈昌华, 肖仁珍, 邓昱群, 杨德文, 王东阳, 孙 钧(西北核技术研究所高功率微波技术重点实验室,西安710024) 摘 要: 设计了一种X 波段过模高效率相对论返波管(R B WO ),主要结构包括双谐振腔反射器㊁7周期梯形慢波结构与提取腔㊂该器件慢波结构的过模比为2.6,电子束与结构波TM 01模的近π模相互作用,在慢波结构区域束波作用产生的TM 01模表面波主要转化为TM 02模的体波,其输出微波的模式主要为TM 02模,占比为81%,其余为TM 01模㊂提出一种过模条件下谐振腔反射器的设计思路,结合模式匹配法,优化得到了一种双谐振腔反射器结构,其对TM 01模与TM 02模的反射系数均大于0.99,可实现过模条件下R B WO 慢波结构与二极管区的良好隔离;同时双谐振腔反射器两个谐振腔中的纵向电场可以对电子束进行充分的预调制,将促进慢波结构区域的束波作用,有利于提升效率㊂通过在慢波结构后端加入提取腔,进一步提升了转换效率㊂P I C 仿真中,在二极管电压900k V ,电流14.3k A ,得到了6.6GW 的输出功率,转换效率约51%㊂ 关键词: 高功率微波; 相对论返波管; 过模; 谐振反射器中图分类号: T N 125; T N 122 文献标志码: A d o i :10.11884/H P L P B 201830.170491R B WO 具有较高的输出功率和转换效率,且可以重复频率工作,是最有潜力的H P M 器件之一,因此得到广泛研究[1-2]㊂早期R B WO 采用截止颈作为反射结构,电子束的调制和束波能量转换集中在慢波结构区域,其转换效率约为33%[3-4];受截止颈的限制,其慢波结构过模比一般小于1.0,因此功率容量较低,X 波段输出功率为1~3GW ㊂通过在R B WO 中引入谐振反射器,可以反射微波,并对电子束起到预调制的作用,将转换效率提升到大于40%[5-8];同时谐振反射器允许器件在更高过模比下工作,单模条件下过模比可增加到最高约1.7,因此输出功率提升到3GW 以上㊂进一步增加过模比,R B WO 内部可同时存在多个模式[9],不同模式在波导不连续位置相互转化,导致R B WO 内部模式不纯净,谐振反射器难以良好反射各个模式的微波㊂本文提出一种X 波段过模R B WO ,所采用的双谐振反射器可以良好地反射T M 01与T M 02模式微波,且对电子束进行充分的预调制,结合提取腔对电子束能量进行再提取,具有较高的转换效率,输出微波模式为T M 01模与T M 02模的混合模,效率为51%㊂F i g .1 S c h e m a t i c o f t h eR B WO 图1 R B WO 结构示意图1 R B W O 的结构与色散曲线该R B WO 的结构如图1所示,前端的爆炸发射阴极产生环形强流相对论电子束;电子束在双谐振反射器位置被纵向电场预调制,同时谐振反射器反射反向传输的微波,隔离二极管区域与慢波结构区域;在慢波结构区域电子束与结构波发生束波作用产生微波;提取腔对电子束的能量起到再提取的作用㊂该器件采用2.6倍过模梯形慢波结构,慢波结构平均半径为39.5mm ,电子束外半径为36mm ,内半径35.5mm ㊂图2给出了T M 01模与T M 02模的色散曲线㊁光速线及速度为0.91c 的电子束D o p p l e r 线㊂考虑到慢波结构内的电磁波到输出波导的模式转化,给出了R B WO 输出波导的T M 01模与T M 02模的色散曲线㊂根据图2,电子束D o p p l e r 线与T M 01模色散曲线的交点位于π模左侧,并接近π模,相应的频率约为10.1G H z ,电子束与近π模的基波同步产生束波作用,此时基波为表面波㊂由于T M 02模式的体波在半径较大的位置存在极大值,而表面波在半径大的位置场强较高,因此在慢波结构区域,经过束波作用放大后的T M 01模表面波,受到有限长慢波结构两端边界的影响,倾向于转化为慢波结构的T M 02模体波,也就是图2中的A 过程㊂*收稿日期:2017-12-01; 修订日期:2018-01-29作者简介:史彦超(1986 ),男,助理研究员,主要从事高功率微波技术研究;s h i ya n c h a o @n i n t .a c .c n ㊂073002-2F i g.2 D i s p e r s i o n l i n e a n d e l e c t r o nD o p p l e r l i n e图2色散曲线与电子束D o p p l e r线从图2可看出,慢波结构区的T M02模体波与直波导的T M02模其群速度㊁相速度接近,且场分布类似,因此在慢波结构两端连接的波导位置,慢波结构T M02模的体波主要转化为直波导内的T M02模式,即图2中的B过程㊂但由于波导的不连续性,还存在一定的T M01模成分㊂这种混合模式为谐振反射器的设计带来困难,谐振反射器需要同时反射T M01模与T M02模㊂2过模条件下的双谐振反射器设计谐振反射器用于反射微波以隔离二极管区与慢波结构区,并对电子束进行预调制㊂在过模情况下,单个谐振腔的反射系数较低,一般需要多个谐振腔组成腔链对微波进行反射㊂在该R B WO中,传输进入到谐振反射器的微波模式为T M01模与T M02模的混合模式㊂对于谐振反射器而言,需同时反射这两种模式,以实现二极管区与慢波结构区的隔离㊂这里提出一种过模谐振反射器设计方法,结合模式匹配法快速寻找优化结构参数[10],设计出的双圆柱形谐振反射器,可同时反射两个模式,且反射系数接近于1㊂首先针对单个圆柱形谐振腔进行参数优化,寻找反射系数较大值点㊂由于过模圆柱形谐振腔对T M01模式反射较为困难,而对更接近截止的高次模式其反射系数较高,因此分析计算对T M01模的反射系数㊂运用模式匹配法,计算得到10.1G H z下圆柱形谐振腔的T M01模S11参数随谐振腔半径R与宽度L的变化关系,谐振腔两侧漂移段半径为38.5mm,结果如图3所示㊂根据图3,过模条件下单个圆柱形谐振反射器对T M01模式的反射系数较低,不超过0.5,因此为实现较高的反射系数,需要采用多个谐振腔组成腔链㊂本文采用参数一致的两个圆柱形谐振腔组成腔链,单个圆柱形腔的结构参数取图3中对T M01模S11参数的较大值点㊂从图3可看出,主要存在两个区域的S11参数接近于0.5,其中A区范围较大㊁B区范围极小㊂研究表明,若某个区域的S11参数随结构参数变化剧烈,其构成的谐振腔品质因数与场强较高,且反射带宽较窄,不适合作为R B WO的谐振反射器;反之,若其S11参数随结构参数变化平缓,则一般情况下其品质因数与场强较低,反射带宽较宽㊂因此放弃选取B区域内的参数,而选取A区域S11参数变化平缓区域相对中心的一个点作为单个谐振腔的参数,其位置如图3箭头所示,T M01模的S11参数为0.43㊂F i g.32Df i g u r e o f S11p a r a m e t e rw i t h R a n d L i n c y l i n d r i c a l c a v i t y图3圆柱形谐振腔TM01模S11参数随谐振腔半径R与谐振腔宽度L的二维图F i g.4S11p a r a m e t e r v s d i s t a n c eb e t w e e n t w oc a v i t i e s i n t h e r e f l e c t o r图4双谐振腔反射器S11参数随两腔间距d变化曲线图4是两个该参数的谐振腔组成腔链之后,其T M01模S11参数与TM02模S11参数随腔间距d的变化关系㊂在d=24mm时,其TM01模S11参数与T M02模S11参数均大于0.99㊂图5给出了该双谐振腔反射器T M01模S11参数与T M02模S11参数随频率的变化关系,该反射器对T M01模反射系数大于0.9的带宽为270 MH z,对T M02模反射系数大于0.9的带宽为330MH z,基本满足R B WO需求㊂图6给出T M01模与T M02模入射条件下,模式匹配法计算得到的双谐振腔内电子束所在位置的E z场分布,注入功率为0.5W㊂考虑到进入谐振反射器的模式主要为T M02模,因此主要关注T M02模式的场,两个谐振腔区域分别存在纵向电场的极大值,其间距约为46mm㊂电子束经过两个谐振腔内间隙电场的预调制,将强激光与粒子束073002-3 形成良好的群聚,从而促进电子束在慢波结构内的束波作用,提升转换效率㊂F i g .5 S 11p a r a m e t e r s v s f r e q u e n c y o f d u a l -r e c t a n g u l a r c a v i t y r e f l e c t o r 图5 双谐振腔反射器S 11参数随频率变化曲线 F i g .6 E z f i e l dd i s t r i b u t i o no f d u a l -r e c t a n g u l a r c a v i t y r e f l e c t o r 图6 双谐振腔反射器内E z 场分布3 P I C 仿真与提取腔的加入采用前述双谐振腔反射器及7.5周期梯形波纹慢波结构,在二极管电压为900k V ㊁电流为14.3k A ㊁引导磁场强度为4.0T 的条件下进行结构优化㊂通过调节谐振反射器到慢波结构的距离,并对慢波结构做一定的非均匀处理,得到了6.0GW 的输出功率,转换效率为47%㊂图7是R B WO 的电子束相空间图㊂可以看出,在慢波结构位置,存在明显的电子束减速过程,部分电子交出能量,微波功率得到放大㊂然而在慢波结构末端,部分电子进入加速相位,其速度大大增加,将吸收微波场能量,导致器件转换效率降低㊂可在慢波结构末端适当位置加入提取腔,对前述高能电子进行减速,以提升转换效率㊂从图8可以看出,提取腔的加入,使得部分电子被加速获得的能量减小,慢波结构末端高能电子动能明显降低,因此转换效率得到提升㊂此时R B WO 的输出功率为6.6GW ,转换效率约51%㊂图9为加载提取腔前后的输出功率曲线,该R B WO 在约20n s 输出功率达到饱和㊂图10为加入提取腔后器件输出微波的频谱图,可看到其频谱较为纯净,无明显模式竞争㊂F i g .7 P h a s e s p a c e p l o t s o f e l e c t r o n s i nR B WO w i t h o u t e x t r a c t i o n -c a v i t y 图7 R B WO 电子束相空间图-无提取腔 F i g .8 P h a s e s p a c e p l o t s o f e l e c t r o n s i nR B WO w i t he x t r a c t i o n c a v i t y 图8 R B WO 电子束相空间图-带提取腔F i g .9 P l o t o f o u t p u t p o w e r v s t i m e f o r t h eR B WO 图9R B WO 输出功率曲线F i g .10 F r e q u e n c y s pe c t r u mo fm i c r o w a v ef o r t h eR B WO 图10 R B WO 输出微波频谱图史彦超等:一种X 波段过模高效率相对论返波管由于该器件输出微波为T M01与TM02的混合模,对加入提取腔前后R B WO输出微波两个模式所占的比例进行分析㊂图11是R B WO内部无提取腔与带提取腔条件下的E z场分布㊂可以看出,器件慢波结构区域的场分布主要满足T M02模体波特征,参与束波作用的T M01模表面波由于其场强较低,基本分布于慢波结构表面,与T M02模体波叠加,造成慢波结构表面的场分布发生改变㊂双谐振腔反射器主要反射T M02模,输出波导也以T M02模为主,基本满足前述理论分析结果㊂提取输出波导的E z场,运用傅里叶-贝塞尔变换,可求得T M01与T M02模占总功率的比例㊂图12为R B-WO无提取腔与带提取腔情况下,输出波导某位置某时刻的E z场r向分布的瞬时值及对其进行模式分析得到的结果㊂需说明,由于T M01,T M02模式存在一定相差,且在波导内纵向相移常数不同,因此各模式不同时刻与不同位置的E z场r向分布及叠加得到的总场将呈周期性变化㊂由于图12中的场分布为输出波导某位置某时刻的瞬时值,因此不反映功率信息㊂结果表明,对于不加提取腔的情况,T M02模占总功率的80.6%,T M01模占总功率的19.4%;而对于加载提取腔的情况,T M02模占总功率的81.3%,T M01模占总功率的18.7%㊂因此,加载提取腔前后,该R B WO输出微波各个模式的比例无明显改变,T M02模功率占比约为81%㊂F i g.11E z f i e l dd i s t r i b u t i o n s i n t h eR B WO图11 R B WO内部E z 场分布F i g.12 M o d e a n a l y s i s o f E z i n t h e o u t p u tw a v e g u i d e o fR B WO图12 R B WO输出波导E z场模式分析4结论本文提出了一种2.6倍过模的X波段高效率R B WO,并对其物理机制进行了初步的理论分析㊂该器件中电子束与结构波T M01模的近π模相互作用,随后转化为T M02模体波输出,夹杂部分T M01模㊂采用单谐振腔到双谐振腔链的设计思路,结合模式匹配法,设计的双谐振腔反射器对T M01模与TM02模的反射系数均大于0.99㊂通过对慢波结构进行非均匀处理,以及在慢波结构后端加入提取腔,使得该R B WO具有较高的转换效率㊂P I C仿真中该R B WO输出功率为6.6GW,转换效率约51%,其输出微波T M02模功率占比约81%,其余为TM01模㊂下一步将研究控制该R B WO束波作用与输出的微波模式,确保输出微波模式纯净㊂参考文献:[1] C a r m e lY,I v e r s J,K r i b eRE,e t a l.I n t e n s e c o h e r e n t C h e r e n k o v r a d i a t i o n d u e t o t h e i n t e r a c t i o n o f a r e l a t i v i s t i c e l e c t r o n b e a m w i t h a s l o w-w a v e s t r u c t u r e[J].P h y sR e vL e t t,1974,33:1278-1282.[2]S w e g l e JA,P o u k e y JW,L e i f e s t eGT.B a c k w a r dw a v e o s c i l l a t o r sw i t h r i p p l e dw a l l r e s o n a t o r s:A n a l y t i c t h e o r y a n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o n[J].P h y sF l u i d s,1985,28:2882-2894.[3] G u n i nA V,K l i m o vAI,K o r o v i nSD,e t a l.R e l a t i v i s t i cX-b a n dB WO w i t h3-GW o u t p u t p o w e r[J].I E E ET r a n sP l a s m aS c 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慢波
酸枣仁能有养心安神的功效，是因为其能够影响慢波睡眠的睡眠阶段，从而延长深睡时间。
谢谢观看
在慢波睡眠时，脑电图的起伏可达75微伏低频波（熟睡时的典型脑电波）。在睡眠的前三许因为在此阶段因故醒来的人们会感到意识迷迷糊糊，精神不甚清醒。 如果被剥夺了这段睡眠，尽管隔了几个小时后，身体仍然被大脑要求恢复尚未完成的慢波睡眠。
国立空中大学心理学(上)吴静吉等编著 非REM睡眠
睡眠
01
概述
02
睡眠阶段
04
特征
06
药物研究
03
脑电图特征
05
参考资料
慢波睡眠 (Slow Wave Sleep,SWS)是用来指第一到第四睡眠阶段。
睡眠阶段 (stages of sleep) 第一睡眠期 (Stage 1 sleep)以α脑电波为主 第二睡眠期 (Stage 2 sleep)以θ脑电波为主 4~7 Hz，另外穿插 12~14 Hz 第三睡眠期 (Stage 3 sleep)以δ脑电波为主 1~4 Hz 第四睡眠期 (Stage 4 sleep)以δ脑电波为主 快速动眼期 (Rapid Eye Movement,REM)
慢波的幅度为10~15mV，持续时间为数秒至十几秒。慢波的频率变动在每分钟3~12次，随所在消化道部位的 不同而异，人类胃平滑肌的慢波频率为每分钟3次，十二指肠为每分钟11~12次，回肠末端为每分钟8~9次。
认为，节律性慢波起源于广泛存在于胃体、胃窦及幽门部的环形肌和纵行肌交界处间质中的Cajal细胞 （interstitial Cajal cell,ICC）。它能启动节律性电活动，因而被认为是胃肠活动的起搏细胞。
仅当电子束离光栅表面的距离小于波长时,慢波才有足够强度，因此用来产生光频辐射不很有效，但产生毫米 波或亚毫米波则是可行的。实际上最近已经根据这个效应制成了几种器件，如所谓 Orotron, Ledatron等。这 类器件是自由电子激光的一个类型，还正在发展中。
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E r ( r, z ) =
∑ (Ξ
- ∞
ik n 2 c )Ε r -
exp [ i ( k n z - Ξt) ]
在不同区域 E z n 可表示为
2 E z n = A nJ 0 ( T 1 r ) , T 1 =
Ξ2
c
2
[1 -
2 Ξb 2 ] - kn , r ≤ rb Χ (Ξ - k nv ) 2 3
k 0 为周期的周期函数。
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第3期
谢鸿全等: 相对论行波管慢波结构几何参数研究
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我们采用 7 阶矩阵, 求和项数取 10, 计算的色散关系满足上述两个条件。 慢波线的总长度为 1018cm , 等离子体的浓度 np = 1. 0×1011 cm - 3 , 电子注的电压为 648kV , 电流 1. 5kA , 电子注的半径 rb = 017cm , 这时电子注的速度 v = 0. 9c。 计算结果如图所示: 随着波纹周期的减小, 色散曲线幅度增大, 上截 ( ( b ) ; 从图 2 (c) 可看出频带变宽, 最大增益变化很小, 其原因在于尽管周期改变, 止频率升高, 见图 2 a ) 、 但同步点几乎不变, 这一点与同结构的返波管有很大不同。 从图 3 ( a ) 可知, 随着波纹深度的减小, 色散 ( c ) 可看出当波纹变浅时, 其频带变宽且频率升高, 这对于输入信号 曲线变陡, 群速度增加。 由图 3 ( b ) 、 频率的变化提供了更大的选择空间, 但增益下降, 却不利于提高管子的输出功率。 随着波导管平均半径 的减小, 电子束及离子通道直径与系统直径变得更加接近, 电子束贴近波导壁运动, 注波互作用更加强 烈, 色散曲线上移, 频率升高, 尽管频带宽度几乎不变, 但增益显著提高, 见图 4。
图 3 不同波纹深度波导结构中, ( a ) 冷腔色散曲线; ( b ) 热腔色散曲线; ( c) 增益随频率的变化关系
F ig. 4 In tw o co rrugated 2 w all structu res w ith d ifferen t average rad iu s, ( a ) co ld d isp ersion relation; ( b ) d isp ersion relation w ith electron beam ; ( c) gain versu s frequency
n= - ∞
∑A ∫
n
∞
Π k0
- Π k0
e i(n -
m ) k 0z
(1 +
( Ξ2 c2 ) -
ik n d ) [ R nJ 0 ( T 3R ) + T nN 0 ( T 3R ) ]d z = 0 2 2 2 ( Ξp c ) - k n dz
( 11)
由 ( 7 ) 、( 8 ) 、( 9 ) 三式结合连续条件及 ( 10 ) 式, 有 B n = T 1J 1 ( T 1 rb ) N 0 ( T 2 rb ) ; C n
2
K n [ T 3J 0 ( T 2 rc ) N 1 ( T 3 rc ) -
T 2J 1 ( T 2 rc ) N 0 ( T 3 rc ) ] +
L n [ T 2N 0 ( T 3 rc ) N 1 ( T 2 rc ) -
2 Π rb rcT nA n , T n = K n [ T 2J 1 ( T 2 rc ) J 0 ( T 3 rc ) - T 3J 0 ( T 2 rc ) J 1 ( T 3 rc ) ] + 4 L n [ T 3N 0 ( T 2 rc ) J 1 ( T 3 rc ) - T 2N 1 ( T 2 rc ) J 0 ( T 3 rc ) ] 。为便于数值计算, 对 ( 11) 式作一些数学处理, 化成简
由 M axw ell 方程组及 F loquet 定理可得该系统中的 TM 场
① 收稿日期: 2001201212; 修订日期: 2001204204 ) 基金项目: 国家 863 强辐射技术领域资助课题 ( 项目:《X 波段兆瓦级微波源的研制》 作者简介: 谢鸿全 (19732 ) , 男, 博士生, 讲师, 主要从事高功率微波及微波等离子体研究; E 2 m ail: hongquanx@ 263. net。
( 14)
式中, k z i是传播常数 k z 的虚部; z 是注波互作用长度。 下面我们主要讨论该慢波结构对工程上应用较多 的 TM 01 模的影响, 且以下讨论均在保持电子注的电压及电流不变的前提下进行。 在计算中, 选择 ( 13) 式的矩阵阶数及求和项数应满足两个条件: ( 1 ) 随着矩阵阶数和求和项数增 大, 计算矩阵元素增多, 直到计算的色散曲线应是收敛于一稳定值。 ( 2) 计算的色散关系最后是严格以
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强
激
光
∞
与
粒
子
束
第 13 卷
E z ( r, z ) =
∞
∑E
- ∞ 2
zn
exp [ i ( k n z - Ξt) ]
kn
2
( 5) ( 6)
谢鸿全, 鄢 扬, 刘盛纲
( 电子科技大学 高能电子学研究所, 四川 成都 610054)
①
摘 要: 推导了无引导磁场下具有离子通道的波纹波导中的色散方程, 并通过数值计算分析了该 慢波结构的几何参数如波纹周期、 波纹深度以及波导平均半径对相对论行波管的带宽及增益的影响, 为 相对论行波管的设计提供了一定的依据。 关键词: 相对论行波管; 离子通道; 色散方程; 慢波结构; 几何参数 中图分类号: TN 24 文献标识码: A
图 2 不同波纹周期波导结构中, ( a ) 冷腔色散曲线; ( b ) 热腔色散曲线; ( c) 增益随频率的变化关系
F ig. 3 In tw o co rrugated 2 w all structu res w ith d ifferen t dep th, ( a ) co ld d isp ersion relation; ( b ) d isp ersion relation w ith electron beam ; ( c) gain versu s frequency
m
[1 +
(2q+ n - m ) 0
(n -
J m ) Q n ] (R nC m n +
T nC m n ) , Q n =
2q + n - m
m
N
∑
q= 0
J q! (q +
( T 3R 0 ) N , Cm n = n - m )!
∞
∑
q= 0
(T 3h ) 2 2q + n -
N q! (q +
F ig. 2 In tw o co rrugated 2 w all structu res w ith d ifferen t p eriod, ( a ) co ld d isp ersion relation; ( b ) d isp ersion relation w ith electron beam ; ( c) gain versu s frequency
( 7) ( 8) ( 9)
2 E z n = B nJ 0 ( T 2 r) + C nN 0 ( T 2 r ) , T 2 =
Ξ2
c
2
2 - kn , rb < r ≤ rc 2 Ξp 2 ) - kn , rc < r ≤ R Ξ2
2 E z n = D nJ 0 ( T 3 r ) + F nN 0 ( T 3 r ) , T 3 =
(2q + n - m ) 0
Hale Waihona Puke ( T 3R 0 ) 。 色散方程即为 n - m )! ( 13)
det [D ] = 0
3 数值计算及分析 [ 7～ 9 ]
通过对色散方程 ( 13) 进行数值计算, 可以分析该慢波结构的色散特性。 在引入电子束的情况下, 色 散特性中的 k z 是复数, 其虚部就是增益因子。 行波管的增益由下式给出 G = - 9. 54 + 10log [ exp ( 2k z iz ) ]
Ξ2 (
c
2
1-
利用连续条件及边界条件
E z ( r = R ) + E r ( r = R ) dR ( z ) d z = 0
( 10)
其中, R = R 0 + h co s ( k 0 z ) , R 0 为波导平均半径, h 为波纹深度。 把场的表达式代入 ( 10 ) 式, 两边同乘以 exp ( - im k 0 z ) , 并在一个周期内对 z 积分得
相对论行波管是自二十世纪八十年代才开始研究的一种重要的高功率微波器件, 它具有结构简单, 频带宽, 功率大的特点。 人们主要想将它用于等离子体受控核聚变的回旋谐振加热, 驱动相控阵雷达及 高能电子加速器的波源等, 在军事和民用上都有着重要的应用前景。 研究发现, 在微波器件中充有等离 子体以后, 其输出功率和效率都将大幅度提高, 近年来这方面的研究道很多, 并形成了多种线性理 论[ 1, 2 ]。 但由于强磁场的引入, 使得微波器件本身的体积尺寸和重量都将增大, 在工程应用中有它的不足 之处。本文从建立相对论行波管的物理模型出发, 在无外加磁场下, 考虑了离子通道效应[ 3～ 6 ] , 推导出了 波纹波导中电磁波传播的色散方程, 并通过数值计算, 分析了该慢波结构的几何参量对行波管的带宽及 增益的影响, 为高功率行波管的设计提供了一定的理论基础。