螺旋双梳齿加载圆波导慢波结构的注—波互作用研究

【摘要】： 电子在有限的轴向聚焦磁场中运动时,以电子束本身为载体,存在着除了人们熟知的两种纵向波,即快空间电荷波和慢空间电荷波以外;还存在四种横向波,即快回旋波、慢回旋波、快同步波和慢同步波。空间电荷波理论已经广泛应用于许多微波毫米波器件中,如行波管、速调管以及部分正交场器件,这些器件都是利用慢空间电荷波来与高频电磁场进行相互作用实现能量交换。而快空间电荷波则可用于低噪声参量放大器的设计。但是由于空间电荷效应的影响,这些器件都具有很强的非线性特性。相比之下,对横向波的研究进展则较为缓慢,但是近些年来由于该类器件具有一些独有的优良特性而又开始受到关注,其中一个分支-圆极化行波管因为具有高效率和电子易收集等优点,现在对它的研究已经逐渐形成了微波真空电子器件的一个重要方向。圆极化行波管是利用电子束中的慢同步波和圆极化波进行注-波互作用的一类行波管,本文主要对其慢波结构中的注-波互作用情况进行粒子模拟研究。 本论文的主要工作如下: 1.首先在总结前人关于圆极化行波管的工作的基础上,分析了圆极化行波管互作用需要的场结构和单电子在圆极化场作用下的运动情况,并使用MATLAB软件得出了轨迹图。 2.使用HFSS三维电磁仿真软件对模型进行了色散的仿真计算。 3.使用MAGIC粒子仿真程序对慢波结构的注-波互作用进行模拟。主要包括两种结构的模拟,分别是双螺旋切片式扇形梳齿慢波结构和双螺旋脊加载扇形梳齿慢波结构。作为探索性的研究,得到了大量能说明圆极化行波管注-波互作用机理的物理图像,并且得到了8dB以上信号增益和11%以上电子效率。