反绕双螺旋线慢波系统的分析与设计.pdf

! 第# 卷! 第$ 期 强 激 光 与 粒 子 束 %’( # ，)( $! ! *++, *++,! 年$ 月 -./- 01234 56734 6)8 0649.:53 ;367 6=( ， 文章编号：! ++?$@** （*++, ）+$?+AB?+A 新型反绕双螺旋线慢波系统的分析与设计! ，* 陆德坚 ，! 王自成 ，! 刘濮鲲 （! 中国科学院电子学研究所，北京+++C+；*! 中国科学院研究生院，北京+++@# ） ! ! 摘! 要：! 基于降低工艺难度的目的，提出了一种新型反绕双螺旋线慢波系统，该系统的正绕反绕螺旋线 半径不等。利用@ 维电磁软件:79 27 仿真分析了结构参数对色散和耦合阻抗的影响。结果表明：耦合阻抗 在螺旋带内半径较大时没有明显下降；减小螺旋带宽度有利于降低相速度和提高耦合阻抗；在一定范围内，相 速度随螺距的减小而增大。在此基础上，结合工程要求设计了C DD 波段行波管的新型反绕双螺旋线慢波系 统，耦合阻抗达到* ! ，工作电压约为*+ E% ，同时由于电子通道半径较大，降低了对电子光学系统的要求；纵 向翼片加载的引进较为有效地展宽了带宽。 ! ! 关键词：! 反绕双螺旋线；! 慢波系统；! 毫米波行波管；! 色散特性；! 耦合阻抗 ! ! 中图分类号：! 9)*$! ! ! ! 文献标识码：! 6 ! ! 为了解决螺旋线慢波系统工作于高功率时的振荡问题，早在#B$ 年:FGH 和:FI 就提出了反绕双螺 旋线慢波系统的概念，并完成了初步理论研究；接着;JGKL’’ 和3MNFLO 分析了多种此类电路，以及诸如介质负 载、螺旋线波导转换及周期支撑等对其特性的影响；)NMJPK 分析了多种几何尺寸的影响，并研究了该慢波系统 与电子注的互作用［］。在)NMJPK 的另一篇文章里，通过实验的方法研究了反绕双螺旋线的特性，得出了色散 ［* ］ 及基波耦合阻抗与螺旋线的带宽及带厚密切相关的结论，初步验证了其抑制返波振荡的能力 。然而从那以 后，对反绕双螺旋线的研究兴趣锐减。到##+ 年才由:LJP 和/H 从理论上计算并讨论了介质负载和金属屏 蔽筒负载对反绕双螺旋线色散特性的影响，但理论计算的结果与实测还存在较大差异［］。 ! ! 虽然反绕双螺旋线具有耦合阻抗较高和抑制返波振荡的优点，但近几十年，人们忽视了对它的研究。其原 因，一方面是在结构加工上难以达到所需精度，另一方面是螺旋线的工艺已经很成熟，性能也很优越。然而，随 着行波管向毫米波段及高功率方向发展，螺旋线慢波系统返波振荡的问题愈加严重，对慢波系统的耦合阻抗也 提出了更高的要求，深入研究反绕双螺旋线显得日益重要。当前，计算机辅助设计是研究行波管的重要手段， @ 维电磁仿真软件的广泛应用使得对行波管慢波系统的计算机辅助设计变得可靠和高效，另外工艺水平也取得 了显著的提高，这些很好地保证了对反绕双螺旋线进行深入的研究。 ! ! 传统的反绕双螺旋线如图 所示，正绕反绕两根螺旋线的半径相等，工艺难度较大。基于降低工艺难度的 目的，本文提出了图* 所示的正绕反绕螺旋线半径不等的新型反绕双螺旋线慢波系统，并利用@ 维电磁软件 :79 27 仿真分析了结构参数对该慢波系统色散及耦合阻抗特性的影响。在这基础上，为中国科学院电子学 研究所正在开展的C DD 波段行波管项目设计了新型反绕双螺旋线慢波系统。 QJR( ! 9LGJOJPL’ SPOLHIPG FN’JT QJR( *! )MN’ SPOLHIPG FN’JT