纵向金属导体加载螺旋慢波特性的理论研究.pdfVIP

　第 16 卷 　第 11 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 16 ,No. 11 　 　2004 年 11 月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Nov. ,2004 　 ( ) 文章编号 : 　100124322 2004 1121457206 X 纵向金属导体加载螺旋慢波特性的理论研究 1 ,2 2 2 ,3 1 雷文强 , 　杨中海 , 　廖 　平 , 　金 　晓 ( 1. 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 绵阳 621900 ; 2 . 电子科技大学 物理电子学院 高能电子学研究所, 成都 610054 ; 3. 中电科技集团公司 第二十九研究所 博士后工作站, 成都 610031) 　　摘 　要 : 　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。 　　关键词 : 　非翼片区角向高次模式 ; 　场匹配法 ; 　色散特性 ; 　MAFIA 软件 ; 　耦合阻抗 ; 　衰减常数 　　中图分类号 : 　TN124 　　　　文献标识码 : 　A 　　螺旋慢波结构的色散成型技术对宽带大功率行波管的互作用机理具有很大的影响[1 ] 。关于纵向翼片加载 [2 ] 慢波结构的高频特性已有很多学者进行了研究 ,著名的有 Paik 的等效电路法 及以 Kumar 为代表的场论分析 方法[3 ] 。后来又提出在非翼片区加上修正因子的方法[4 ] ,但计算结果误差很大 ,这是因为假定计算模型为无穷 多翼片 ,且翼片又无限薄的缘故。但实际的翼片有一定的厚度、夹角和数量 ,使得翼片区域的电磁场与其结构 有关 ,原有的物理模型有一定的误差 ,需要加以改进。 　　目前已有学者根据实际的翼片分布区域得到了螺旋线慢波特性方程[5 ] 。本文在此基础上考虑角向均匀谐 波与非翼片区角向高次谐波的影响并根据扇形波导的场分量 ,参考脊加载环板慢波结构的边界条件 ,重新推导 得到了色散方程 ,再根据翼片的实际分布推导得到了耦合阻抗和衰减常数方程 ,并将解析结果与模拟结果和部 分实验数据进行比较 ,为指导翼片加载慢波结构的设计提供了求解思路。 1 　物理模型 1. 1 　区域划分 　　图 1 为翼片加载螺旋慢波结构横 截面及其分析模型示意图 , 图 1 (a) 中 螺旋线平均半径为 a , 翼片顶端半径 θ 为 b , 管壳内半径为 c , 翼片夹角为 , 夹持杆宽度为 w 。在计算过程中将慢 ( ) 波结构进行等效处理见图 1 b ,将模 型分为 3 层 ,第 1 层为 r ≤a 的螺旋线 内部的自由空间区域; 第 2 层为 a ≤r ≤b 的螺旋线与翼片顶端之间的等效 介质区; 第 3 层为 b ≤r ≤c 的翼片与 Fig. 1 　Structure of the vane2lo