《多注行波管慢波结构的色散特性分析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多注行波管慢波结构的色散特性分析.pdf（3页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、Analysis for the Dispersion of Slow-Wave Structure ofMulti-Beam Traveling Wave TubeBAO Zheng-giang，DENG Heng，GUAN Yuz-hu（Nanjing Sanle Group Ltd.Co.，Nanjing 210009，China）Abstract：Multi-beam traveling wave tube（TWT）is a new type of microwave device with lower operating voltage，wider operating band，la
2、rger output power.By CST Microwave Studio，the calculation and analysis for dispersion of sl-ow-wave structure of multi-beam TWT are given.The results show that the values of calculation are in agreement withexperiment.Key words：multi-beam；traveling wave tube；slow-wave structure；dispersionEEACC：2350D
3、多注行波管慢波结构的色散特性分析!包正强，邓蘅，管玉柱（南京三乐集团有限公司，南京，210009）摘要：多注行波管是一种具有工作电压低、瞬时工作带宽宽、容易实现大功率等优点的新型微波器件；本文主要利用 CST Microwave Studio 软件对多注行波管慢波结构的色散特性进行设计计算，并将计算结果和实验值进行比较分析。结果表明，计算值和实验值基本吻合。关键词：多注；行波管；慢波电路；色散特性中图分类号：TN124文献标识码：A文章编号：1005-9490（2004）02-0274-03螺旋线和耦合腔慢波电路是当今广泛被行波管选用的两种典型慢波电路，但它们各自又有明显的优缺点。螺旋线色散弱
4、，可使行波管工作在倍频程或多倍频程状态，但其脉冲输出功率和平均输出功率较低；耦合腔结构行波管可以使脉冲输出功率达到数百千瓦量级，平均输出功率也可以达到数十千瓦量级，但它的带宽被限制在 10%左右，且高脉冲功率输出时，工作电压较高。寻求具有这两种慢波结构的优点的新电路，一直是微波管工作者努力的目标。这中间有环杆、环圈、线等慢波电路都已成功的做出了行波管，但它们只是在螺旋线或耦合腔慢波结构的基础上稍作改进，其本质的缺陷仍没有根本性的摆脱。上个世纪 80 年代左右，国外的同行们开展了多注速调管的研制并实现了实用化。多注速调管的发展，一方面降低了工作电压，另一方面也改变了人们对速调管为窄频带器件的看法
5、，达到了 10%左右的瞬时带宽。当然，国外的同行也进行了少量的多注行波管的研究。受到多注速调管能够降低工作电压和拓宽瞬时带宽的启发，我们对多注行波管慢波结构进行了其特性的模拟分析，制作了冷测模型，并进行实验对比，结果发现：!模拟分析的色散曲线与冷测结果基本吻合；#多注耦合腔慢波结构与相同槽角的单注耦合腔慢波电路相比，冷带宽明显增宽。因此，研究多注行波管慢波结构这种新型管型，向实现大功率、低电压、宽频带工作的方向迈进，具有重要意义。第 27 卷第 2 期2004 年 6 月电子器件Chinese Journal of Electron DevicesVol.27，No.2June.2004!收稿
6、日期：2003-12-22作者简介：包正强，男，高级工程师。1991 年毕业于东南大学电子工程系，从事微波电真空器件特别是行波管的研制，先后有多项产品通过了部级设计定型鉴定，.1多注耦合腔慢波结构的设计与考虑根据目前国内外市场需求情况，结合我们现有的一些成熟的工艺、技术，我们选择多注行波管参数大致如下：!波段：!/=10%工作电压：14 kV阴极脉冲电流：7.2 A（4 个电子注）脉冲输出功率：10 kW聚焦方式：PPM增益：40 dB对于这样指标的多注行波管，我们将耦合腔的上截止频率设计在 10GHZ 左右，下截止频率则设计在 7.5 SGHZ 附近，慢波结构一次切断。考虑到行波管工作电流很
7、大，单腔的增益一般较高，所以，慢波结构还应考虑增加吸收小腔，以防止行波管在工作过程中的边带振荡。我们已比较成熟的掌握了吸收小腔技术和材料制造工艺。目前该项技术已成功的应用在多个单注耦合腔行波管中。它的特点是可以确保行波管稳定工作，增加输出功率平坦度，并使行波管具有3dB 过激励能力。由于增加了吸收小腔以及 4个电子注通道，传统的耦合腔计算分析程序难以分析这种结构，因此，我们采用了 Microwave Studio 来分析多注腔慢波结构的色散特性。2MWS 软件模拟多注耦合腔结构的色散特性大型电磁场数值分析软件是模拟非经典慢波结构的有效工具。CST 公司的微波工作室 Micro-wave Stu
8、dio（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曲面边界，可对各种多介质多曲面复杂慢波结构模拟，有较快的计算速度与良好的工程精度。根据多注耦合腔慢波电路的结构特点，我们首先进行建模。这种慢波电路相邻两腔在轴向上旋转900，因此，单个腔的两端腔片几何上不完全对称。为了满足 MWS 软件在两个完全对称面上才能运用周期边界条件的要求，必须建两个腔的模型。这样我们必须将两个端面的相位变化从原来的1S00 3600改位 00 3600，得到的曲线则是基波和-1 谐波的色散。图 1 和图 2 分别为两个腔体的建模模型和模型
9、网格。图 1多注耦合腔慢波结构建模图 2多注耦合腔慢波结构模型网格建立模拟模型后，进入本征模求解器进行参数扫描，设置扫描序列 0 360，共 37 步，编写 VBA 文件，计算后就得到未加小腔吸收瓷的多注耦合腔慢波结构色散曲线。图 4 为计算得到的多注耦合腔慢波结构未加载小腔吸收瓷的色散曲线，网格节点图 3多注耦合腔慢波结构加载小腔吸收瓷模型为 127 050，花费时间 41 1。我们使用的电脑为：Pentium 4，CPU 主频为 1.7 GHZ，内存 1 G，硬盘 30G。参考文献 1 的经验和方法，设置小腔吸收瓷的相对介电常数!r=9.5，建模如图 3 所示，模拟结果见图 5。3实验比对
10、与分析实验与模拟结果的比对见图 6。从图 6 的比对572第 2 期包正强，邓蘅等：多注行波管慢波结构的色散特性分析图 4多注耦合腔慢波结构未加载小腔吸收瓷的色散曲线图 5多注耦合腔慢波结构加载小腔吸收瓷的色散曲线情况来看，模拟结果与实测结果吻合，频率低端的精度比高端稍好，模拟精度达到 1%以内。从图 5 的模拟结果看，我们发现 5 个尖峰，实际上它们是引入吸收瓷后吸收小腔产生的谐振；我们还可以看到，第 7 至第 10 模上的谐振是成对出现的，两对谐振模式频率相同，相位不同，因此它们是间并的；第 6 模上的是最低谐振模。这些谐振模式都有一定的谐振频率范围，吸收微波能量，故可以有效抑制多注行波管
11、振荡，提高工作稳定性。图 6色散曲线实验与模拟结果的比对我们还进行了多注耦合腔慢波结构与单注耦合腔慢波结构的冷通带宽度的比较，发现在相同结构的情况下 60o槽角的多注慢波系统与 67o槽角的单注慢波系统具有相同的冷通带宽度，80o槽角多注慢波系统的冷通带宽度接近一个倍频程。因此，多注耦合腔慢波系统可以实现宽带工作。4结束语综上所述，多注耦合腔慢波结构可以使行波管大功率、低电压、宽频带工作，是一种很有发展前景的新型慢波结构。而我们对该慢波结构的设计计算结果和试验值基本吻合，所以这种方法是可行的。参考文献：1 邓蘅、王俊毅、包正强等.Ansys 软件在行波管耦合腔慢波电路分析中的应用，真空电子技术
12、 J.2003，3：59-62.!（上接第 371 页）18Jung Chih Chiao，Fu Yiton，Choudhury D，Lih Yuan Lin.MEMS miiiimeterwave components C.In：1999 IEEEMTT-S Internationai Microwave Symposium Digest，1999；2：463-466.19Jun Zou，Chang Liu，Schutt Aine J，Jinghong Chen，SungMo Kang.Deveiopment of a wide tuning range MEMS tun-abie capa
13、citor for wireiess communication systems C.In：IEDM Technicai Digest.Internationai Eiectron DevicesMeeting，2000；403 406.20Faheem F F，Hoivik N D，Lee Y C，Gupta K C.Post-en-abied precision fiip-chip assembiy for variabie MEMS capaci-tor C.In：2003 IEEE MTT-S Internationai Microwave Sym-posium Digest，2003；3：1927-1930.21Sanghyo Lee，Jae Hyoung Park，Hong Teuk Kim，Jung MuKim，Yong Kweon Kim，Youngwoo Kwon.A 15-to-45 GHZiow-ioss anaiog refiection-type MEMS phase shifter C.In：2003 IEEE MTT-S Internationai Microwave SymposiumDigest，2003；3：1493-1496.672电 子 器 件第 27 卷