螺线慢波结构色散特性的要求和模拟.pdfVIP

螺线慢波结构色散特性的要求和模拟 for andSimulation Requirement Helix the ofthe Dispersion 邓蘅郑锦标 南京三乐集团有限公司 张国兴 贾宝富 东南大学电子工程系 电子科技大学电子物理学院 引言：本文主要介绍由电脑模拟技术(CST)公司微波工作室(MicroWaveStudio)软件模拟螺线慢波结构 色散特性的结果。MWS软件有用户使用的友好界面，建模简便，具有周期性边界条件，采用完美的边界近 似技术，特别是部份填充正交网格从而近似地拟合瞳面边界，对复杂多曲面螺旋慢波结构模拟，有较快的计 算速度与良好的工程精度。经我们对实际螺线结构模拟后，证实用512M内存，10～20G的硬盘的一般台式 算结果。这可大大加快行波管的研制周期，降低成本，并对一些复杂结构慢波线的优化，提供有利的、实用的 工具。 i．色散特性的指标要求 当前对螺线行波管要求的数量较多和质量要求颇高的类型是多波束发射阵6～18GHz、输出连续波功 管的螺线慢渡结构色散特性的指标要求是：通频带3：1范围内，相速与光速比变化小于3％。 早期的研究表明…。如果采用圆形陶瓷杆夹持螺线，其色散特性如图1(a)所示，色散在2～14GHz范围 了达到宽频带特性，按照文献…的理想色散要求，即图1中的曲线(b)，亦即在高频端相速光速比保持不变， 低频端、中频端降低相速光速比。同样的计算可得图2上的曲线(b)，其单位长度增益BCN可控制在3dB的 频宽要求之内o B巩靳{1．t●(如k) F，囔丰‘Hl 频率(GHz) 图2由计算得图(1)种色散形状下的 图1文献[1】三根圊杆夹持螺线结构 单位长度增益分贝数 (a)实际的色散特性(变化12％) (a)大色散变化百分数下的增益频率特性 (b)理想的色散特性 (b)理想色散下的增益频率特性 (c)正常色散2％变化的增益频率特性 (c)相速光速比变化2％的色散特性 注：曲线(c)由SS95．for计算，耦台阻抗取40欧 121 为了达到理想的色散特性指标要求，文献【11采用月牙形介质杆夹持螺线。文献[2)建议在螺线外金属壳 上在圆周方向加载薄的多个金属翼片与多个金属丝。然而这些加载方法对大量生产，特别是幅相一致行波 管有严格的工艺要求，从而加大成本而成为不可取的形式。为此，设计者常常采用图3几种金属条加载形 式。色散特性受加载条的数目，加载条的角向宽度以及加载条顶部与螺线外半径的距离这三个因素的影响。 从加工与装配方便考虑，加载条数目一般取3个，加载条的角向宽度一般取100～200，而加载条与螺线距离 S则是一个十分重要和敏感的尺寸。 分析图3所示的金属条加载慢波结构必须运用高等电磁场分 螺线 析软件。以英国EEV的传输线模型分析软件【3】为例，他们调节了 s值后，相速光速比可以下降3．5～4％。 由此表明，利用图3上三个加载条只能得到正常色散，无法