行波管的注-波互作用模拟与相位计算
螺旋线行波管电子效率改善的数值模拟
角 度 进 行 了讨 论 。设 计并 加 工 了 一 支采 用 双跳 变 结 构 的螺 旋 线 行 波 管 ， 测 结 果 表 明 ： 用 双 跳 变 结 构 后 可 将 实 采
不 少学者 采用 解 析理论 的方 法对 正负 跳变做 了研究 ［ ］ 所 用 的物 理 模 型 大都 是 罗埃 的大 信 号 解 析模 型 。 １， 解 析理 论的方 法 引入 了较多 的简 化和 近似 ， 计算 误 差大 。本 文采用 大 型商用 软件模 拟 仿 真 的方 法来 研 究 正一 其
析理 论方法 因 引入较 多 的简化 和近 似而使 误差 大 ， 实验法 又 耗 费 大量 的 财力 和物 力 。随 着 计算 机 速 度 和 商 用
仿 真 软件 的发展 ， 采用 大 型商用 仿真 软件对 行 波管进 行模 拟 仿 真 已成 为 国 内外学 者 研究 的一 个 热 点 。本 文采 用 ＨＦ Ｓ电磁 仿真 软件 来计 算慢 波系统 的 高频特 性 ， ＭＡＧＩ 电磁 Ｐ Ｃ模 拟软件来 计 算行 波 管 的注一 Ｓ 用 Ｃ全 Ｉ 波互 作 用 。 同解 析理论 法不 同， 真 软件不 是 解经过 简化 和近 似 的解析 方程 ， 仿 而是 直接求 解 最原 始 的麦克 斯 韦方程 组 和带 电粒 子 的动力 学方程 组 ， 二者相 互 自洽 ， 求解 结果 精度 高 。 其 慢 波系 统 中行 波纵 向传播 的相速 和频率 厂的关 系称 为 色散 特性 ， 它给 出了电磁 波在工 作 频率 范 围 内相
能进 一步增 加 ， 以采 用 色散跳 变 技术人 为 改变 电磁波 的相位 传播 速 度 ， 可 以使 电磁波能 持续 从 电子 注 中获取 能
矩形螺旋线行波管注-波互作用3维模拟
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
太赫兹波的产生
2.2 基于电子学的太赫兹辐射源基于电子学的太赫兹辐射源包括微型真空电子器件、相对论性电子器件、半导体激光器等。
2.2.1 真空电子器件采用先进的微细加工技术，如LIGA技术（LIGA是采用X射线刻蚀和电铸相结合的技术）、MEMS（微电子机械系统）加工技术等，将固态加工技术引入到真空电子技术领域之中，可以制造出能作为太赫兹辐射源的微型真空电子器件（μVED）。
这些器件克服了普通三、四极管的渡越时间效应，而且如果利用微波管分布作用原理，就可使微波管的工作频率达到太赫兹频段，成为一种非常具有应用前景的太赫兹辐射源。
这类太赫兹辐射源有纳米行波管及其阵列、返波振荡器、纳米速调管及其阵列、回旋管、自由电子激光器、相对电子注或等离子体电子器件等（见图2-11），具有噪声低、增益高、效率高、体积小、重量轻、性能稳定等特点。
但是，它们在某些方面也存在着一些问题，如射频窗口、波导元件、磁聚焦问题、阴极和电子枪及器件的装配等，而这些问题又直接限制了微型真空电子器件的性能指标。
目前，在太赫兹频段对于微型真空电子器件的研究还处于研究阶段，它将是一种非常具有应用前景的太赫兹真空辐射源。
图2-11 真空电子学太赫兹源的功率与频率1. 行波管行波管（Traveling Wave Tube ，TWT）是一种基于电子注与行波场之间相互作用的行波型器件，其优点是：频带宽，增益大，寿命长，工作稳定可靠。
行波的种类很多，根据外加磁场的形成可以将其分为具有纵向（沿电子流方向）磁场的“O”型行波管和具有横向磁场的“M”型行波管。
行波管是唯一能将大功率与宽频带等微波管所具有的优点有效结合的微波管器件。
而在这里仅介绍“O”型行波管。
图2-12 行波管结构原理图行波管是利用电子流与沿慢波系统行进的电磁波间的连续互相作用而放大超高频（微波）电磁波的一种微波电子管。
它的一种典型结构如图2-12所示，主要有以下几个部分组成：1)电子枪，包括阴极、加速极；2)微波结构，包括慢波系统、输入、输出的微波结构；3)收集极；4)聚焦磁场。
X波段螺旋线行波管高效率的研究
•理论与设计•X波段螺旋线行波管高效率的研究周忠正，曹绅，崔建玲，常田颖(北京真空电子技术研究所，北京100015"摘要：为实现行波管总效率的提高，通过试验及模拟仿真等手段对行波管互作用效率及收集极效率的提升进行了分析研究&通过对螺旋线进行螺距非均匀分布及表面覆膜处理实现了互作用效率的提升；通过采用多级压降收集极并在收集极内收出口处设计使用了“挡板结构，实现了电子注能量回收效率的提升以及对返流现象的抑制，并根据试验及仿真计算结果成功试制出总效率达到40%以上的X波段螺旋线行波管&关键词：行波管；高效率;互作用效率；收集极效率中图分类号：TN124文献标识码：A文章编号:1002-8935(2020)06-0045-04doi：10.16540/11-2485/tn.2020.06.10Research on High-Efficiency for X-Band HelixTraveling-Wave TubesZHOU Zhong-zheng#CAO Shen,CUI Jian-ling#CHANG Tian-ying(.Beijing Vacuum Electronics Research Institute,Beijing100015,China"Abstract:In order to improve the efficiency of traveling wave tubes(TWTs),researches on the en-hancemen ofconversione f iciencyandco l ec ore f iciencyarecarriedou hroughexperimen sandsimula-ion.Unevenpi chdis ribu ionandfilmcoa ingofhelixesareused oimprove heconversione f iciency# and mul is agedepressedco l ec orandba f les ruc ureareused oimprove heenergyrecoverye f iciencyof elec roninjec ionandinhibi elec ronregurgi a ion.Basedon heresearches#X-bandhelixTWTswihef-ficiency more han40%aredeveloped.Keywords:Traveling-wave t ube,High-efficiency,Conversion efficiency,Collec t o r efficiency行波管自20世纪中期诞生以来凭借其功率大%频带宽%点，在雷达、电子通信的应用⑴。
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。
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。
一种高效率多注毫米波行波管的设计模拟
１ 单 腔 冷 测 特 性
慢 波 系统 是行 波 管 的 重要 组 成部 分 ， 最 大 特 其 点是 电磁 波在 其 中传 播 的 相速 度 远 小 于 光 速 ， 这对 降低 工作 电压有 很 大帮助 。慢 波 系统对行 波 管 的性 能起 着决 定性 的作 用 ， 因此 设 计 合适 的慢 波 系 统 十
ＹＡＮＧ — ａ Ｌｉ ，ＹＡＮＧ ｕ ｎ Ｊ ｎ，ＤＥ ＮＧ ａ ｇ ｓ ｅ ｇ，Ｌ Ｇｕ — ｉｎ Ｇｕ ｎ —ｈ ｎ Ｖ ｏ ｑａ ｇ
（ ｆ ｉ ｎｖ ｒｉ ｆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｅ ｆ Ｐ ｏｏ ｌ ｔｉ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ Ｈｅ ｅ Ｕ ｉ ｅｓ ｙ ｏ ｅｈ ｏｏ ｙ Ａｃ ｄ ｍｅｏ ｈ ｔｅｅ ｒｃ ｅｈ ｏｏ ｙ，Ｈｅ ｅ ２ ０ ０ ， ｈｎ ） ｔ ｃ ｆ ｉ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ
合 阻抗最 高 ， 近 Ｙ 轴 的 １ ２５注 的耦合 阻抗 要 高 靠 ，，
于靠近 Ｘ 轴 的 ３ ４注 ， 为 ２注更 接 近 于耦 合 槽 ， ， 因 使 得 ２注耦 合阻抗 小 于 ５注 ； 样 ３注更 接 近 耦合 同 槽， 使得 ３注耦合 阻抗 小于 ４注 。 ７注行 波 管 的慢 波 系统 Ｙ 向截 图如 图 ４所示 ， Ｚ
图 ２所 示 。
８ ０
Ｃ ６ ； ０
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３ ｌ
３ ２
３ ３
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３ ５
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３ ７
ｆＧ ／ Ｈｚ
，பைடு நூலகம்
图 ３ 各 电 子 注 的 耦 合 阻 抗
输入 输出
图 １ 单 周 期 耦 合 腔 结 构
图 ４ ７注 慢 波 系 统 二 维 结 构 图
行波管一维非线性单频注波互作用理论与计算机模拟
【 电子与 自动化 】
行 波 管一 维 非 线性 单频 注波 互 作 用 理 论 与 计 算 机模 拟
邓 壮， 许 睿， 黄 震
４０６ ） ００５
： ＾ ＝ ｋ ＾＇ ＝ ＾ ‘ ０＝ ０ ． ： ． ０
展起来的行波管非线性理论（ 又称为大信号理论 ） 从本质上讲可分为 ２ ， 类 一类是以 ＪＥ 罗埃为代表的等 ．．
效线路方法［ ； １ 另一类是场论法， 以爱因 斯坦的波导激励方法为其代裂 ． 尽管国内 外学者对行波管非线
性理论进行 了深入的研究 ， 但是由于注波互作用的物理过程非常复杂， 以离实际的设计还有一定 的距 所
（ 重庆邮 电大学 应用技术学院 ， 重庆
＾． ｐ ｄ ， ｐ ６： ｐ ｄ ＾ ‘： ＾ ： ｃ ‘＝ ＾ ：
摘要 ： 用场论 的方法建立场方程 ， 圆盘模 型等效 电子注建 立 了运动方 程和 相位方 程 ， 对此非 用 并 线性 注波互作用 工作 方程组进行 了计算机模 拟和数 值计算 ， 出了某特定 行波管 的输 出功率 和 求 增益值 ， 最后验证 了方程的正确性 ． 关 键 词： 行波管 ； 注波互作用 ； 非线性 ； 大信号 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ １ ｏ ２ （ｏ ７￣ 一０５ １７ 一 ９４２ｏ １ ０４—０ ５ 中图分 类号 ：Ｉ ２ Ｔ Ｗ２
Ｋｅ ｒ ｓ Ｔ ｙ ｗｏ ｄ ： ＷＴ： ｅｌ － ａ ｅ ｉｔｒｃｉｎ； ｏ ｉ ｅ ｒ ｌｒｅ ｓｇ ａ ｂ ｌ ｎ ｗ ｖ ｎ ｅａ ｔ ／ ｏ ｎ ｎ ｎ ａ ；ａｇ ｉｎ ｌ ｌ
在行波管中 ， 电子注与电磁波的相互作用过程 ， 本质上是一种非线性过程 ． ２ 世纪 ５ 年代初期发 从 ０ ｏ
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行波和驻波 ppt课件
如果电压波是可见的，在某个时刻t0对电压波拍一张照片，则这一瞬间 电压波的形状就是正弦分布：
u Asin(t0 x)
如果仅观察某个位置处（A点）的电压变化，则该点的电压也是一个正弦信号：
u Asin(t xA)
ppt课件
6
正弦信号、正弦分布和正弦波的关系
U U0
U (x) U0 ex(x ）
u(x,t) Re[ 2U (x)e jt ]
Re[ 2U (x)(cost j sin t)] 2U (x) cost 2U0ex cos(t x )
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19
复习1 微分方程的正弦稳态形式
ppt课件
2
u sin( x)
u
正弦分布
++ + ++ ++ - -- - - - -
x
说明：此表达式表示的含义不是一个正弦波， 而是说明u在空间位置上是正弦分布的。
ppt课件
Hale Waihona Puke 3正弦波u sin( t x)
u
t0 t1 t2 t3
v
t0
x
说明：此表达式表示的含义才是一个正弦波。
Y0
( Z 0 I)
此微分方程的每个方程 都含有两个未知量，要 通过换元的方法变成两
整理
d 2U dx2
Z0Y0U
0
这是两个独立的 一元二阶微分方程。
个一元微分方程求解。
d 2I dx2
Y0 Z 0 I
0
其解法和动态电路 相同，只是自变量
变成了x 而已。
螺旋线慢波系统的参数模拟及分析
螺旋线慢波系统的参数模拟及分析作者：徐明星吴立恒来源：《赤峰学院学报·自然科学版》 2011年第4期徐明星，吴立恒（聊城大学物理科学与信息工程学院，山东聊城 252059）摘要：微波管是微波、毫米波电真空器件中的最重要器件之一，主要包括速调管、行波管等.慢波结构则是微波管器件中的进行注波互作用并实现换能的核心部件，它的性能直接影响着微波管的性能.本文通过对矩形夹持杆型螺旋慢波结构的结构参数进行优化设置，利用相应的慢波系统模拟仿真软件，对不同结构参数对慢波结构系统的影响做了相应的研究分析，得出了慢波结构的色散特性以及耦合阻抗随慢波结构参数变化的一般规律.关键词：慢波结构；结构参数；色散特性；耦合阻抗中图分类号：O46 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2011）04-0019-031 引言在微波管器件中，谐振腔的作用主要是在间隙电子注通过的地方提供一个很高的高频电场，从而实现电子注与高频场的能量交换.电子注穿过间隙的时间虽然很短，但是由于高频电场的强度很强，仍然能够发生有效的换能.我们知道，在无介质的均匀传输系统中，行波的相速度总是大于或者等于光速，而电子的相速度总是小于光速.这就需要一种将行波的相速度降低到足够程度的电磁系统[1-3].这种电磁系统必须能够延长电子与行波的相互作用时间，必须设法将行波的相速度减慢，我们把这种电磁系统称之为“慢波系统”.由于电磁波在介质中的传播速度可以减慢到光速以下，所以原则上可以用介质做成慢波系统.常见的慢波结构一般采用周期性结构.一个最典型的例子，就是在圆波导上周期性地加载介质薄片.螺旋线慢波系统就是一种典型的慢波结构.本文中，我们采用的螺旋线慢波结构是矩形夹持杆型螺旋线慢波结构.如图1、图2所示.图1中，m为夹持杆宽度，a为螺旋线内径，c为管壳内半径；图2中，P为螺距，t为螺旋线厚度，w为螺旋线宽度.2 基本理论及变量初始设置2.1色散特性及耦合阻抗慢波结构中，行波的纵向传播相速度vp和频率f的关系成为色散特性.我们知道，慢波系统中，色散现象一般来说是存在的，即vp随频率f发生变化.因此，研究慢波系统的色散特性是十分必要的.本文研究行波的基波成分的色散特性.通常用等式（1）来定量表示慢波系统的色散特性，相应的曲线称之为色散特性曲线.耦合阻抗是表征纵向高频电场与电子注进行互作用大小的一个基本参量.耦合阻抗越高，表明慢波系统与电子注之间的能量交换效率越高.对于螺旋线慢波系统而言，能与电子注速度同步并发生有效能量交换的是空间谐波的基波成分[6].所以本文我们只考虑基波的耦合阻抗.2.2变量初始设置本论文采用的仿真模拟软件是UESTC_HelixCT 4.1，该软件是由电子科技大学研制开发的螺旋线高频系统CAD.结构参数变量初始值设置如下：螺旋线半径：a=0.6mm；管壳内半径：c=2mm；夹持杆宽度：m=0.5mm；频率范围：12—16GHz；螺旋线厚度：t=0.18mm；螺旋线宽度：w=0.5mm；螺距：P=0.8mm.我们选择使用的构成各个结构的各种材料分别为：夹持杆（氧化铍）、螺旋线（钼）、管壳（不锈钢）[7].3 仿真模拟及结果分析本节中，我们分析了慢波系统的不同结构的参数变化对慢波系统的色散特性以及耦合阻抗的影响.没有指明数值的结构参数均使用已经给出的变量初始值.3.1螺距对慢波结构的影响图3表示螺距分别为0.8mm、1.0mm、1.2mm时的色散特性曲线.图中，横轴表示频率，纵轴表示光速归一化后的相速度（图5、图7、图9同）.从图3中，我们可以看出，螺距的变化对螺旋线慢波系统的归一化相速变化比较大.而且随着螺距的增大，归一化相速也随之变大.这是因为，式中，a为螺旋线内径.所以，我们可以得出，对于一定的螺旋线内径，螺距越大，归一化相速度也随之变大.图4表示螺距分别为0.8mm、1.0mm、1.2mm时的耦合阻抗与频率关系曲线.图中，横轴表示频率，纵轴表示耦合阻抗（图6、8、10同）.从图4中，可以看出，随着螺距的增大，在频率较低的阶段耦合阻抗随之减小，而在高频段的变化则相对复杂，大体上的趋势耦合阻抗随之增大.因此我们可以得出，螺距越大，耦合阻抗衰减地越慢.3.2 螺旋线内径对慢波系统的影响图5表示螺旋线内径分别取0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm时的色散特性曲线.由图5我们可以看出，螺旋线内径对慢波系统的影响非常大，且并不完全遵循这个约等式.按照约等式，应该是内径a变大，归一化相速减小.但通过模拟，我们发现中间出现了特例.即内径从0.8mm到1.0mm变化时，归一化相速急剧减小，然而内径从1.0mm到1.2mm变化时，归一化相速又出现了幅度较大的增大.这说明，内径大小对归一化相速的影响比较复杂.图6表示螺旋线内径分别取0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm时的耦合阻抗与频率关系曲线.由图6我们可以看出，随着内径的变化，耦合阻抗发生了非常大的变化.在内径从0.6mm增大到0.8mm的过程中，耦合阻抗衰减的幅度并不是很大，而且在高频段还有一定的增大.然而，内径从0.8mm增大至1.0mm的过程中，耦合阻抗发生了急剧的衰减.这说明，对于一定的螺旋线慢波系统，内径的选取合适与否，将直接影响到慢波系统的注波互作用换能效率.3.3螺旋线宽度对慢波结构的影响图7表示螺旋线宽度分别取0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm时的色散特性曲线.由图7可以看出，当螺宽增加时，归一化相速度随之变大.但是当螺宽增加到一定程度之后，归一化相速度的增加变化幅度比较小.这说明，对于一定的螺旋线慢波系统，螺宽存在着一个使归一化相速度最大的特定值.图8表示螺旋线宽度分别取0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm时的耦合阻抗与频率关系曲线.由图8我们可以看出，当螺距增大时，耦合阻抗随之增大，但是增大的幅度不是很大.由此我们可以推测，对于一定的螺旋线慢波系统，螺宽也存在着一个使耦合阻抗最大的特定值.3.4螺旋线厚度对慢波结构的影响图9表示螺旋线厚度分别取0.18mm、0.20mm、0.22mm、0.24mm时的色散特性曲线.当螺宽较小时，归一化相速度随频率变化的幅度较小，当螺宽增大时，归一化相速度随频率变化的幅度开始变大.而且在低频段变化幅度较大，高频段变化幅度较小.图10表示螺旋线厚度分别取0.18mm、0.20mm、0.22mm、0.24mm时耦合阻抗与频率关系曲线.可以看出，螺宽对耦合阻抗的影响在低频段和高频段也有所不同.在低频段，随着螺宽的增加，耦合阻抗随之减小且幅度较大，在高频段，耦合阻抗也随之减小，但幅度减缓.4结论通过前面的仿真模拟，我们研究了矩形夹持杆型慢波结构的结构参数对慢波结构性能的影响.从中，我们可以看出，螺旋线慢波系统的性能受各结构参数的影响比较复杂.其中，螺旋线内径对螺旋线慢波结构的影响最大，选择合适的螺旋线内径对螺旋线慢波系统的设计十分重要.在螺旋线内径确定之后，螺距的适当选取也能对螺旋线慢波系统的相速度以及换能效率进行有效的调节.而螺旋线的宽度和厚度对螺旋线慢波系统的影响则相对较小.此外，在不同的频段，结构参数对慢波结构的影响也存在着一定的差异.参考文献：〔1〕吴鸿适.微波电子学原理[M].北京：科学出版社，1987.〔2〕张克潜，李德杰.微波与光电子学中的电磁理论[M].北京：电子工业出版社，1994.〔3〕钟勇.相对论速调管输出腔结构设计与优化[D].成都：电子科技大学，2006.〔4〕吴节险.慢波结构的设计及其微波特性研究[D].兰州：兰州大学，2006.〔5〕唐康淞，赵刚，等.螺旋线慢波结构高频特性的简化模拟方法[J].强激光与粒子束，2008,20（1）：133-137.〔6〕付成芳，魏彦玉，等.矩形螺旋线慢波电路高频特性的数值分析[J].真空科学与技术学报，2009,29（4）：386-390.〔7〕韩勇，刘燕文，等.不同材料管壳对螺旋线慢波系统性能的影响[J].真空科学与技术学报，2010，30（1）：84-87.。
Ka波段耦合腔行波管注波互作用分析
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空间行波管慢波结构及注波互作用模拟设计
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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。
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行 波管 开展模 拟研 究 ， 益模 拟结 果 与 实测 数据 的偏 差 小于 ６ １ 。 增 ．％ 关键 词 ： 波管 ； 行 时域模 拟 ； 限差 分方 法 ； 子模 拟技 术 ； 波互作 用 有 粒 注一 中图分 类号 ：Ｎ１４ Ｔ ２ 文 章编 号 ：０ ５ ９ ３ （ ０ １ ０ － ５ ３ ０ １０ — ８ ０ ２ １ ） ４ ０ ４ — ４
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第３ ５卷 第 ４期 ２１ ０ １年 ８月
南京 理 工大 学学报
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行 波 管 的注 一 互 作 用 模 拟 与相 位计 算 波
刘 涛 ， 自成 刘濮鲲 王 ，
（． １ 中国科学院电子学研究所 ， 中国科学 院高功率微波源 与技术 重点实验室 ， 北京 １ｏ ９ ｏ １ｏ；
２ 中 国科 学 院 研 究 生 院 ， 京 １０ ４ ） ． 北 ００ ９
摘
要 ： 了对 螺 旋 线 行 波 管 注 一 互作 用这 一 复 杂 物理 现 象进 行 快 速 的 实时跟 踪 模 拟 与分 为 波
析 ， 用 Ｔ型有 耗 Ｌ Ｂｉｏｉ 型 ， 采 ． ｒｌｕｎ模 ｌ 有机 结合 时域有 限差分 方 法（ ｉｉ－ｉｅｅｃ ｉ —ｏ ａｎ Ｆｎｔ ＤｆｒｎｅＴｍｅＤ ｍ ｉ， ｅ ｆ Ｆ Ｔ 与粒子 模拟 （ａｔｌ． —ｅ ，Ｉ ） 术 ， 立 了行 波 管 的 非 线性 互 作 用 计 算体 系。在 此 Ｄ Ｄ） ＰｒｃｅＩ Ｃ ｌ ＰＣ 技 ｉ ｎ ｌ 建 基础 上 ， 用 Ｃ语 言 自主研 发 了运行稳 定 的计 算程 序 。应 用这 一研 究 成果 ， 桌 支成 熟 管型 的 采 对
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