螺旋槽波导特性的计算与模拟研究

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1、·研究与设计·螺旋槽波导特性的计算与模拟研究黄日隆，钱丽军(北京真空电子技术研究所大功率微波电真空器件技术国防科技重点实验室，北京100016)ResearchofComputationandSimulationfortheHelicallyGroovedWaveguideCharacteristicHUANGRi—long，QIANLi—jun(BeijingVacuumElectronicsResearchInstitute，Beijing100016，China)Abstract：Thispapercomputedthedispersioncharacte

2、risticandgroupvelocityofthehelicallygroovedwaveguide，simulatedthedispersioncharacteristicofthehelicallygroovedwaveguidebymethodsof“qua—si—periodicboundaryconditions”andresonancemethod，andtheresultsbotharegoodagreementwiththecomputation．Then，thematchcharacteristicsoftheconnectionbetwe

3、enthetaperedandregularhelicallygroovedwaveguide，andthetransmissioncharacteristicsofhighfrequencysystemwiththehelicallygroovedwaveguidewerealsosimulated．Theresultsshowthatthehelicallygroovedwaveguideisamostfavorableinteractionstructureforgyro—TWT．rKeywords：Helicallygroovedwaveguide；Si

4、mulation；Dispersion；Transmissioncharacteristic摘要：计算了螺旋槽波导的色散特性和群速度，用“准周期边界条件”方法和谐振法模拟计算了螺旋槽波导的色散特性，两种方法的模拟结果与计算都比较一致。此外，还模拟测试了渐变与规则螺旋槽波导连接的匹配性能、螺旋槽波导高频系统的传输特性。结果表明，螺旋槽波导是非常适用于回旋行波管的高频结构。关键词：螺旋槽波导；模拟；色散；传输特性中图分类号：TN124文献标识码：A文章编号：1002-8935(2009)03-0001-05螺旋槽波导(螺旋槽开在圆波导的内表面)是一能，在设定的工作频

5、带内，损耗可小于1dB。种周期性的非对称结构，由于螺旋槽对圆波导电磁l螺旋槽波导色散特性的计算和模拟波模式传播特性的扰动，新的工作模式(本征波)具1．1螺旋槽波导的结构特点和色散特性有良好的色散特性，为回旋行波管提供了最合适的本文计算和模拟的是三重右旋螺旋槽波导(a宽频带特性，即在轴向波数小的区域，群速度较为平threefoldhelicallygroovedwaveguide)，简称螺旋坦(在约20的频率范围内只有2O左右的变化)，槽波导，其结构如图1所示。大大减小了多普勒频移对回旋行波管性能的影响，螺旋槽波导的主要几何参数有：平均半径a。，回旋行波管获得了高

6、效率、宽频带的良好性能11]。槽深a和螺旋槽结构周期P(相应地有：k一其次，螺旋槽波导为全金属结构，功率容量大，可整体加工，易于制造，易于保证尺寸精度要求。在毫米27(／乡，称为Bragg轴向波数)以及角向指数me(me波段，这是个重大优点，因而是一种研制大功率、宽—m1一2，m，m2分别是两个耦合模式TE频带、高效率毫米波回旋行波管的良好的高频结构。TE。的角向指数)，在螺旋槽波导内表面，波导半径本文对螺旋槽波导的色散特性进行了计算和模a按照式(1)变化：拟研究，计算了它的群速度，证明了它的宽频带性a(，)一ao+a1COS(roB+kBz)(1)能。此外，还

7、对螺旋槽波导的传输性能进行了模拟螺旋槽波导的频率特性由色散方程决定。色散计算，结果表明，系统具有良好的匹配性能和传输性方程可用扰动理论(缓变截面波导理论)和模式耦合2009-03理论导出引。用模式耦合理论推导色散方程时，波数，和角向指数m，m满足Bragg谐振条件考虑周期性螺旋槽对圆波导壁扰动的影响，用阻抗时，会产生谐振耦合。谐振耦合出现在k。一k晓附微扰方法，选择这样的两个圆极化模式：TE。模式近的频率区域，称k。为Bragg谐振波数。产生新的(右旋，m：一2)，接近截止；TE模式(左旋，m本征波卢，卢由下面色散方程决定引。一一1)，前向行波，远离截止。当两个

8、模式的轴向图1螺旋槽波导