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时间:2019-07-09
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1、!第!"卷!第!!期强激光与粒子束#$%&!"!’$&!!!!())*年!!月+,-+./012345124’6.427,831914:5’$;!())*!文章编号!!!))!<=>(("())*#!!!!李宏福(!!闫铁昌(!!冯进军(!!李!浩>!!刘迎辉>"!!中国农业大学理学院!北京!)))">$(!中国电子科技集团公司第十二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!)))!*$>!电子科技大学高能电子学研究所!成都*!))@=#!!摘!要!!通过螺旋波纹波导的耦合波方程!考虑到波的左右旋转
2、方向及波的前向和反向等因素!给出了波导中可能存在的所有模式!由耦合方程的特点和布拉格条件分析了各模式之间的关系!给出对应于螺旋波纹波导回旋行波管和螺旋波纹波导回旋返波管的模式耦合特点!并给出耦合关系和波导的模式耦合规则%结合螺旋波纹波导的色散方程!讨论了不同波纹周期和波纹起伏程度对模式耦合的影响&波纹周期的增大!使得电子注的加速电压变大$如果波纹周期太小!则工作模式线性变得很差%阐述了螺旋波纹波导回旋行波管克服模式竞争的机理%纹起伏程度较大!工作模式和非工作模式分离程度变大!对克服模式竞争比较有利%!!关键词!!螺旋波纹波导$!布拉格条件$!极化$!模式耦合$!模式竞争!!中
3、图分类号!!7’!(?!!!!文献标识码!!4’!<((!!宽工作频带是回旋行波管的主要特点!但由于其互作用段是较长的行波波导结构!自激振荡和模式竞’><@(争等问题非常突出%螺旋波纹波导是由俄罗斯人-&6ABCD$;等提出的一种新型的回旋行波管的高频结构!该结构通过改变波导的色散特性!使电子注和工作模式发生有效的作用!不仅能增强互作用效率和频带宽度!还能大大降低对速度的敏感性以及增加抑制模式竞争的能力!文献’*<"(从理论上分析了螺旋波纹波导的场结构!由于边界条件的不规则性!波导内可能存在的模式有"个!如何确定这"个模式的耦合关系!本文在文献’*<"(的基础上!从色散方程入
4、手!分析了波导内的模式耦合情况及波导的模式竞争问题%"!螺旋波纹波导模式耦合规则"&"!螺旋波纹波导基本模型!!螺旋波纹波导是一种在传输方向上表现出非对称的不规则周期性波导!在柱坐标系统下螺旋波纹波导的边界条件为!"!!"##$!E$D"%F!&’F"#&$)"!#式中&$为波导平均的直径$$为波纹的幅度$%为波导螺纹的角向变化次数$’)(!(波纹周期%满足)!FFG(!’"(边界条件时可以由下列耦合波方程组描述螺旋波纹波导的传输特性#H)*+"*#+"-#&I’""*##"-#/+I’"%##I’"*)*#,").A!#I’).A!H""(#$#H)-+"-#+"*#&/I
5、’""-##"*#/I’"##I’"-)-#,")*A!#I")*A!&H"J"*#L"-#式中&)表示第*个正向"J#和反向"K#波的行波幅值$’为第*个波的传播常数$"为耦合系数!具体*"*表达式参见文献’"(%行波耦合波方程组"(#描述了螺旋波纹波导内各模式的传输情况!在具体运用过程中其耦合波方程组的形式不仅取决于很多波导物理参数的选择!还要考虑到波的左右旋转方向及波的前向和反向’?(等因素%模式之间的耦合满足条件%*/%-#+%F">#’"*’’F"=#式中&%!%分别表示第*个和第-个波形的角向变化数%*-"!螺旋波纹波导模式耦合关系"收稿日期!())*<)@<
6、>!$!!修订日期!())*
7、!"!#右旋返回波&$$$!!输入模式取!"$$!!%&’#!表示波导在角向变化的场次数是#!正负号表明旋转方向!取输入模式左旋方向!则输入模式变成!"!满足关系!!在螺旋波纹波导中将耦合出!"模式的波!根据以上的’$$"’!%&’#($分析在波导中可能有下列模式$!"左旋前向波!!"左旋返回波%!"右旋前向波!!"右旋反向波%!"左($($($($$$旋前向波!!"左旋返回波%!"右旋前向波!!"右旋返回波&$$$$$$!!下面确定这)个模式之间的耦合关系&螺旋波纹波导是一种周期性结构!因此希望输入模
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