變周期慢波系統(tǒng)的研究.pdf

1、慢波系統(tǒng)是行波管的重要組成部分之一。由于行波管的工作依賴于電子注與線路行波場之間的相互作用而完成，所以沿軸向傳輸的行波場應與電子注有近乎相同的速度，而且該速度應該遠比光速小。產生這些沿軸向傳輸的且相速遠比光速小的行波場的電路稱為慢波系統(tǒng)(或慢波電路)，若這些慢波系統(tǒng)的結構具有周期性，則稱為周期慢波系統(tǒng)。 但是，由于在慢波系統(tǒng)中電子注與線路行波場之間的能量交換屬于動能與電磁場能的交換，所以，當電子注將其相當一部分動能交給行波場后，

2、電子注的平均速度將會變慢，而當電子注的平均速度變慢到與電磁波的相速相等，甚至小于電磁波的相速時，則電子注與該電磁波就不能再繼續(xù)維持同步狀態(tài)，也就使得電子注與行波場不能再繼續(xù)進行有效的正向能量轉換，甚至會發(fā)生反向能量轉換，即電子注又從行波場吸取能量。所以，慢波系統(tǒng)中的電子注與電磁波的同步問題是限制行波管的效率的根本原因之一。 由對這一物理機理的分析可以想到，如果能設法保持電子注與電磁波在整個互作用過程中一直同步，那么，行波管的效率

3、必然能得到顯著改善。而從上面的分析可以發(fā)現，要保持電子注與電磁波在整個互作用過程中一直同步不外乎兩種方法：一種方法是使慢波系統(tǒng)中的電磁波的相速隨著軸向傳播距離的增加而逐漸減?。涣硪环N方法則是設法使電子注在慢波系統(tǒng)中行進一段距離后，其動能可以得到附加場的補充，從而使得其平均速度增大，恢復與電磁波的同步。前一種方法稱為相速漸變；后一種方法則稱為電壓跳變。本論文所采用的變周期的方法正是相速漸變的一種。 本論文以折疊波導慢波系統(tǒng)為具體研

4、究對象，研究內容包括變周期折疊波導內的空間諧波的分析，三段周期跳變折疊波導和變周期折疊波導選擇空間諧波的分析，不均勻折疊波導的同步問題的研究，變周期折疊波導的同步問題的研究，再通過電磁仿真軟件和粒子模擬軟件驗證所得出的結論。 本文的組織結構為： 第一章為緒論，介紹了研究的背景，微波真空電子器件的發(fā)展趨勢，相位聚焦的概念等，并闡明了論文的研究意義和范圍。 第二章分析了三段周期跳變折疊波導和變周期折疊波導的空間諧波的

5、選擇性，并分別推導了能夠實現選擇空間諧波的三段周期跳變折疊波導和變周期折疊波導應該滿足的條件。 第三章提出了不均勻折疊波導內若存在一次空間諧波能夠與電子注在整個互作用過程中一直同步，那么它應該滿足的條件，并分析了其結構尺寸的變化對耦合阻抗的影響，然后利用電磁仿真軟件HFSS的模擬結果驗證了該條件，最后利用粒子模擬軟件MAGIC研究了這種結構對輸出功率和互作用效率的影響。 第四章分析了變周期慢波系統(tǒng)的空間諧波的情況，討論了