矩形栅波导慢波系统的研究

【摘要】：慢波系统作为行波管注波互作用以激励微波能量的核心部件,它的优劣直接决定了行波管的性能。栅是一种经典的慢波结构,被广泛应用在大量的微波电子器件中。本论文从理论研究、数值计算和实验验证三方面对矩形栅波导及双矩形栅波导进行了深入的研究。主要工作与创新之处在于: 一、利用本征函数法,在考虑槽区内场的高次分量的条件下,对矩形栅波导慢波系统的高频特性进行了研究,得到该系统色散方程和耦合阻抗的表达式,并通过数值模拟计算,详细讨论了慢波系统几何尺寸对色散特性和耦合阻抗的影响。 二、首次在考虑槽区内场的高次分量的条件下,对矩形栅波导慢波系统注波互作用线性理论进行了研究。利用自洽场理论以及场的匹配方法,推导出此结构在小信号条件下的“热”色散方程,讨论了电子注参数和慢波系统几何参量与小信号增益的关系。 三、首次利用本征函数法,在考虑槽区内场的高次分量的条件下,对双矩形栅波导慢波系统的高频特性进行了研究,得到该系统色散方程和耦合阻抗的表达式,并通过数值模拟计算,详细讨论了慢波系统几何尺寸对色散特性和耦合阻抗的影响。结果表明,由于双矩形栅波导慢波系统的结构对称性,系统存在奇模和偶模两种状况。 四、首次在考虑槽区内场的高次分量的条件下,对双矩形栅波导慢波系统注波互作用线性理论进行了研究。利用自洽场理论以及场的匹配方法,推导出此结构在小信号条件下的“热”色散方程,讨论了电子注参数和慢波系统几何参量与小信号增益的关系。 五、加工了矩形栅波导慢波系统的实验模型,用谐振法测得的色散特性与理论数据良好符合,从而验证了矩形栅波导慢波系统色散特性理论分析的正确性。