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0.22THz折叠波导行波管放大器理论分析与数值模拟 被引量:9
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作者 董烨 董志伟 +1 位作者 杨温渊 陈军 《信息与电子工程》 2011年第3期313-319,共7页
为了解折叠波导行波管放大器的性能影响因素,在理论分析的基础上,对0.22 THz折叠波导行波管放大器进行系统的数值模拟与分析,重点讨论电子束压、束流、输入信号功率、结构周期数、材料电导率、引导磁场大小、电子能散度以及发射度对器... 为了解折叠波导行波管放大器的性能影响因素,在理论分析的基础上,对0.22 THz折叠波导行波管放大器进行系统的数值模拟与分析,重点讨论电子束压、束流、输入信号功率、结构周期数、材料电导率、引导磁场大小、电子能散度以及发射度对器件输出功率水平的影响。发现束压存在最佳工作范围,增加束流可以有效提高器件增益;输入信号不宜过强,否则器件增益反而会下降;器件结构周期数存在一个最优范围,过多过少对器件性能都有影响;采用电导率高、表面光洁度高的金属材料,可以降低器壁损耗;引导磁场达到聚束要求即可,无需太高;尽可能控制电子的能散度和发射度,提高电子束质量可以提升器件性能。采用自编的三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE,对0.22 THz折叠波导行波管放大器的性能进行了对比分析,给出了束波互作用过程的基本图像,并对器件输出端口反射所引发的自激振荡现象进行了重点分析。 展开更多
关键词 折叠波导行波管放大器 理论分析 数值模拟 三维全电磁粒子模拟程序
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微电真空折叠波导行波管放大器的电子枪设计 被引量:6
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作者 张芳 董烨 +1 位作者 董志伟 孙会芳 《信息与电子工程》 2011年第3期320-324,共5页
研制工作于太赫兹波段的微电真空折叠波导行波管(FWG-TWT)放大器,需要设计束流集中且发射度小、结构紧凑的热阴极电子枪。本文首先依据典型皮尔斯电子枪的设计理论,通过编程计算初步选定了热阴极电子枪的基本结构参数,然后利用模拟工具... 研制工作于太赫兹波段的微电真空折叠波导行波管(FWG-TWT)放大器,需要设计束流集中且发射度小、结构紧凑的热阴极电子枪。本文首先依据典型皮尔斯电子枪的设计理论,通过编程计算初步选定了热阴极电子枪的基本结构参数,然后利用模拟工具对电子枪的结构参数模型进行了初步的仿真优化。针对工作频率为0.22 THz的微型折叠波导行波管,设计电子枪输出:束流约为20 mA,束压为18.4 kV,束半径为0.01 cm,发射度为1.0 mm·mrad的系统要求。 展开更多
关键词 太赫兹 电子枪 热阴极 折叠波导行波管
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140 GHz共焦波导结构回旋行波管放大器 被引量:1
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作者 李志良 冯进军 +1 位作者 刘本田 张杨 《太赫兹科学与电子信息学报》 北大核心 2018年第5期767-771,780,共6页
为减少太赫兹回旋器件模式密度和降低模式竞争问题,利用具有模式选择特点的共焦波导结构作为140GHz回旋行波管(Gyro-TWT)的高频互作用系统。在理论分析基础上,建立注波互作用计算模型并对其进行数值计算;通过对共焦波导高频场分布、衍... 为减少太赫兹回旋器件模式密度和降低模式竞争问题,利用具有模式选择特点的共焦波导结构作为140GHz回旋行波管(Gyro-TWT)的高频互作用系统。在理论分析基础上,建立注波互作用计算模型并对其进行数值计算;通过对共焦波导高频场分布、衍射损耗、耦合系数以及注波互作用效率等输出参量的分析,选择HE06作为工作模式,确定了140GHz Gyro-TWT放大器的基本结构和工作参数,并利用注波互作用非线性理论进行分析。模拟结果表明:在注电压为35 kV,注电流2 A,速度比为0.75时,该高频结构在140GHz频点获得12 kW峰值输出功率,17.1%电子效率和38 dB饱和增益,3 dB带宽达到6GHz。 展开更多
关键词 回旋行波管放大器 共焦波导 140GHz 非线性理论
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返波激励的级联折叠波导行波放大器
4
作者 刘冬 刘文鑫 +1 位作者 王勇 李科 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期435-441,共7页
利用折叠波导返波振荡器(FW-BWO)作为激励源,用于激励工作频率为216 GHz的折叠波导行波放大器.利用3D-Magic进行仿真实验,通过仿真优化,最终得到96 W的输出功率,整个电路的长度被设计为只有1 cm左右.通过该方法,显著地缩短了高频结构长... 利用折叠波导返波振荡器(FW-BWO)作为激励源,用于激励工作频率为216 GHz的折叠波导行波放大器.利用3D-Magic进行仿真实验,通过仿真优化,最终得到96 W的输出功率,整个电路的长度被设计为只有1 cm左右.通过该方法,显著地缩短了高频结构长度,有利于实现小型化的真空电子学太赫兹源,对集成化的太赫兹源设计具有重要的参考价值. 展开更多
关键词 折叠波导返波振荡器(FW-BWO)驱动 多电子注 折叠波导 行波管 太赫兹
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耳型折叠波导慢波结构W波段行波管
5
作者 高畅 张小青 +3 位作者 穆涵硕 潘攀 蔡军 冯进军 《太赫兹科学与电子信息学报》 2024年第1期6-10,16,共6页
毫米波行波管具有大功率、宽频带、高增益等特点,广泛用于雷达、高速通信、电子对抗等现代军事装备中。为提高折叠波导耦合阻抗并考虑工程应用性,提出一种耳型折叠波导新型慢波结构。与常规矩形波导相比,工作频带内耦合阻抗提高30%以上... 毫米波行波管具有大功率、宽频带、高增益等特点,广泛用于雷达、高速通信、电子对抗等现代军事装备中。为提高折叠波导耦合阻抗并考虑工程应用性,提出一种耳型折叠波导新型慢波结构。与常规矩形波导相比,工作频带内耦合阻抗提高30%以上,损耗降低10%。研制的耳型折叠波导W波段行波管,在工作电压21.9 kV,电流210 mA,占空比为5%时,10.8 GHz带宽内输出功率大于192 W,峰值功率达278 W,电子效率和增益分别达到6.3%和44.6 dB,行波管工作稳定。 展开更多
关键词 行波管 W波段 新型折叠波导慢波结构
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140 GHz折叠波导行波管电子光学系统设计与验证
6
作者 陈炤飞 陈辑 +2 位作者 吴玉娟 谢青梅 字张雄 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期69-73,共5页
设计了一种140 GHz折叠波导行波管电子光学系统,利用三维粒子仿真软件Opera-3D对考虑热初速效应的圆形电子注在周期永磁聚焦系统内传输状态进行了仿真分析,并对磁场过渡区进行了优化设计,改善电子注与磁场的匹配效果。经计算,该电子光... 设计了一种140 GHz折叠波导行波管电子光学系统,利用三维粒子仿真软件Opera-3D对考虑热初速效应的圆形电子注在周期永磁聚焦系统内传输状态进行了仿真分析,并对磁场过渡区进行了优化设计,改善电子注与磁场的匹配效果。经计算,该电子光学系统阴极发射电流60 mA,阴极电压20 kV,流通率99.9%。样管测试结果显示,电子枪参数与设计结果相符合,实测流通率达到97.2%,行波管实现连续波稳定工作。 展开更多
关键词 折叠波导行波管 电子光学系统 周期永磁聚焦系统 D波段
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0.22THz折叠波导行波管部件设计与加工 被引量:16
7
作者 徐翱 胡林林 +3 位作者 阎磊 陈洪斌 金晓 周传明 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2135-2140,共6页
以理论推导和三维模拟仿真设计为基础,设计优化了0.22THz折叠波导行波管电子枪、慢波结构、永磁聚焦系统、输入/输出结构、收集极等部分,并结合大量的工艺实验,探索和研究了各种精密加工方法和组装焊接工艺,最后完成了符合这些部分设计... 以理论推导和三维模拟仿真设计为基础,设计优化了0.22THz折叠波导行波管电子枪、慢波结构、永磁聚焦系统、输入/输出结构、收集极等部分,并结合大量的工艺实验,探索和研究了各种精密加工方法和组装焊接工艺,最后完成了符合这些部分设计要求的高精度零件加工和组装焊接样品。 展开更多
关键词 折叠波导行波管 电子枪 慢波结构 永磁聚焦系统 收集极
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W波段折叠波导行波管振荡抑制 被引量:7
8
作者 蔡军 冯进军 +5 位作者 胡银富 邬显平 唐烨 杜英华 潘攀 刘京恺 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1195-1199,共5页
为了抑制W波段折叠波导行波管研制中的自激振荡,保证行波管正常放大工作,分析了折叠波导慢波结构中反射振荡、返波振荡和带边振荡的产生原因,开展了折叠波导行波管振荡抑制技术研究,通过优化设计和工艺研究采用周期跳变作为关键技术用于... 为了抑制W波段折叠波导行波管研制中的自激振荡,保证行波管正常放大工作,分析了折叠波导慢波结构中反射振荡、返波振荡和带边振荡的产生原因,开展了折叠波导行波管振荡抑制技术研究,通过优化设计和工艺研究采用周期跳变作为关键技术用于W波段折叠波导行波管的研制。通过模拟检验和实验验证,证明采用了振荡抑制技术后行波管自激振荡得到了有效的抑制,W波段脉冲行波管在20%占空比时脉冲输出功率大于100W,带宽大于5GHz。 展开更多
关键词 W波段 折叠波导 行波管 振荡 抑制
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0.22THz折叠波导行波管初步实验研究 被引量:16
9
作者 徐翱 周泉丰 +1 位作者 阎磊 陈洪斌 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2954-2958,共5页
探索性试验了多种微加工技术加工设计频率0.22THz的折叠波导慢波结构,最终选择了微铣削工艺进行加工,并测试了微铣削工艺加工的WR4标准直波导的损耗特性,得到了0.22THz电磁波在无氧铜中传播时材料的相对电导率约为3.2×107S/m。以... 探索性试验了多种微加工技术加工设计频率0.22THz的折叠波导慢波结构,最终选择了微铣削工艺进行加工,并测试了微铣削工艺加工的WR4标准直波导的损耗特性,得到了0.22THz电磁波在无氧铜中传播时材料的相对电导率约为3.2×107S/m。以此为基础设计和制得了国内第一支0.22THz折叠波导行波管,经过测试和标定得到输出功率大于100mW,带宽3.5GHz的初步实验结果。 展开更多
关键词 太赫兹 折叠波导行波管 输出功率
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束流发射度对太赫兹微电真空折叠波导行波管性能的影响 被引量:9
10
作者 张芳 董志伟 +2 位作者 董烨 孙会芳 杨温渊 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1450-1454,共5页
采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分别对140,220和345GHz折叠波导行波管中的束流发射度的影响因素及其对直流导通率的影响进行了分析,总结了发射度随频率、结构参数和电子束参数的变化规律。研究发现,在太赫兹频段束流发射度直接决... 采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分别对140,220和345GHz折叠波导行波管中的束流发射度的影响因素及其对直流导通率的影响进行了分析,总结了发射度随频率、结构参数和电子束参数的变化规律。研究发现,在太赫兹频段束流发射度直接决定着聚焦磁场的选取设计,是表征太赫兹频段束流品质的一个重要参量。 展开更多
关键词 太赫兹 折叠波导行波管 发射度 电子束 流通率
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并行多注THz折叠波导行波管的理论分析与数值模拟 被引量:8
11
作者 颜胜美 苏伟 +3 位作者 王亚军 陈樟 金大志 向伟 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期229-234,共6页
为了提高THz行波管的输出功率,通过并行多注和功率合成的方法,完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明:单束行波管在0.135~0.157THz频率区间具有很好的色散平坦度,3dB带宽为13GHz,0.14THz处获得了20.88d... 为了提高THz行波管的输出功率,通过并行多注和功率合成的方法,完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明:单束行波管在0.135~0.157THz频率区间具有很好的色散平坦度,3dB带宽为13GHz,0.14THz处获得了20.88dB的最大增益;多束合成行波管在0.14THz处获得了20.8dB的合成增益,3dB带宽区间合成效率不低于92%。数值模拟表明该方法很好地实现了多路放大信号的合成输出。并行多注行波管具有输出功率大、单束电流小、聚焦磁场低等优点,能够在低发射电流密度条件下实现大功率THz辐射。 展开更多
关键词 THz行波管 折叠波导 并行多注 合成效率 3 dB带宽
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0.22 THz折叠波导行波管设计 被引量:13
12
作者 周泉丰 徐翱 +2 位作者 阎磊 胡鹏 陈洪斌 《太赫兹科学与电子信息学报》 2014年第2期166-170,共5页
在一支0.22 THz折叠波导行波管样管的模拟设计和实验研究基础上,对该样管进行了优化设计。对慢波损耗特性、慢波结构的尺寸冗余度进行了研究,对结构加工进行了进一步的考虑,对样管的实验研究进行了详细讨论并论述了新慢波结构的设计。采... 在一支0.22 THz折叠波导行波管样管的模拟设计和实验研究基础上,对该样管进行了优化设计。对慢波损耗特性、慢波结构的尺寸冗余度进行了研究,对结构加工进行了进一步的考虑,对样管的实验研究进行了详细讨论并论述了新慢波结构的设计。采用HFSS软件结合大信号理论计算进行模拟,结果表明,折叠波导行波管的输出功率不低于100 mW,带宽不低于5 GHz。 展开更多
关键词 太赫兹 折叠波导行波管 慢波结构 增益 带宽
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140 GHz多束折叠波导行波管仿真分析 被引量:14
13
作者 张芳 董志伟 董烨 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期989-992,共4页
借鉴Khanh Nguyen提出的多束折叠波导行波管结构,设计出了可以有效抑制自激振荡的140GHz多束折叠波导行波管。利用PIC软件对双束微折叠波导行波管进行了仿真计算,并与单束模型进行了对比研究,结果表明行波管采用多束机制可以有效提高器... 借鉴Khanh Nguyen提出的多束折叠波导行波管结构,设计出了可以有效抑制自激振荡的140GHz多束折叠波导行波管。利用PIC软件对双束微折叠波导行波管进行了仿真计算,并与单束模型进行了对比研究,结果表明行波管采用多束机制可以有效提高器件的增益,克服管子加工长度的困难,且有效抑制了管子的自激振荡。 展开更多
关键词 多束 折叠波导行波管 高增益 自激振荡
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折叠波导行波管切断匹配的设计 被引量:5
14
作者 巩华荣 宫玉彬 +2 位作者 唐涛 徐进 王文祥 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期445-448,共4页
利用电磁模拟软件,计算得到了H面渐变与E面渐变的楔形衰减器匹配效果,指出在相同渐变长度下,E面渐变匹配效果优于H面渐变。H面渐变衰减器反射主要来源于电场集中处,而E面渐变衰减器主要来源于渐变前部尖端处。在此基础上设计出了一种变... 利用电磁模拟软件,计算得到了H面渐变与E面渐变的楔形衰减器匹配效果,指出在相同渐变长度下,E面渐变匹配效果优于H面渐变。H面渐变衰减器反射主要来源于电场集中处,而E面渐变衰减器主要来源于渐变前部尖端处。在此基础上设计出了一种变形的匹配衰减器,即在E面渐变衰减器渐变开始处向前延伸一块薄片。计算结果与测试结果表明:与H面渐变和E面渐变的楔形衰减器相比,所设计衰减器在近截止频率处的匹配效果得到了明显的改善。 展开更多
关键词 行波管 折叠波导 切断 匹配 电压驻波比
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E波段椭圆弯曲折叠波导的研究
15
作者 王一哲 蔡军 +2 位作者 杜英华 张小青 冯进军 《微波学报》 北大核心 2025年第1期82-86,共5页
针对E波段宽带应用,文中提出了一种适用于宽带行波管的新型慢波结构——椭圆弯曲折叠波导。与传统的折叠波导相比,该设计将原直波导段弯曲的部分改为椭圆结构,并增加了直波导段的倾斜角度,从而更好地实现宽带性能。利用电磁场仿真软件CS... 针对E波段宽带应用,文中提出了一种适用于宽带行波管的新型慢波结构——椭圆弯曲折叠波导。与传统的折叠波导相比,该设计将原直波导段弯曲的部分改为椭圆结构,并增加了直波导段的倾斜角度,从而更好地实现宽带性能。利用电磁场仿真软件CST分析了该新型慢波结构各参数对相光速比及耦合阻抗的影响,在71 GHz~96 GHz频段范围内,椭圆弯曲折叠波导结构相较于常规折叠波导结构,在只降低了3.8%耦合阻抗的情况下,提升了77%的相光速比差值,大大改善了宽带性能。 展开更多
关键词 椭圆弯曲折叠波导 慢波结构 行波管 E波段
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0.14 THz折叠波导行波管的设计与实验 被引量:11
16
作者 雷文强 蒋艺 +3 位作者 胡林林 阎磊 马国武 陈洪斌 《太赫兹科学与电子信息学报》 2014年第3期334-338,共5页
对折叠波导慢波结构进行了研究,对其色散特性和耦合阻抗进行分析,并设计了输能窗和电子光学系统,在此基础上进行了粒子模拟的束波互作用计算。通过设计,对0.14 THz行波管进行了制管工艺的研究,包括慢波结构的加工和焊接等,完成了热测实... 对折叠波导慢波结构进行了研究,对其色散特性和耦合阻抗进行分析,并设计了输能窗和电子光学系统,在此基础上进行了粒子模拟的束波互作用计算。通过设计,对0.14 THz行波管进行了制管工艺的研究,包括慢波结构的加工和焊接等,完成了热测实验。在电压为16.3 kV,电子流通率为74%条件下,测试得到最大饱和输出功率3.1 W,输出频率140.08 GHz,增益27 dB,最大功率半带宽2.82 GHz。 展开更多
关键词 折叠波导慢波结构 0 14 THz行波管 输能窗 热测实验 电子流通率
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毫米波折叠波导行波管输入输出过渡波导设计 被引量:4
17
作者 唐涛 巩华荣 +1 位作者 宫玉彬 王文祥 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1103-1106,共4页
折叠波导以其宽频带、加工方便而成为一类重要的毫米波与太赫兹波段行波管慢波线。针对折叠波导慢波系统与标准波导的匹配过渡连接,通过等效电路分析与电磁计算软件模拟,设计出了直渐变波导、双曲圆弧渐变波导、切比雪夫阶梯渐变波导3... 折叠波导以其宽频带、加工方便而成为一类重要的毫米波与太赫兹波段行波管慢波线。针对折叠波导慢波系统与标准波导的匹配过渡连接,通过等效电路分析与电磁计算软件模拟,设计出了直渐变波导、双曲圆弧渐变波导、切比雪夫阶梯渐变波导3种输入输出过渡波导结构,分析了各种过渡波导的优缺点及结构尺寸对性能的影响。计算表明,经过合理优化的设计,3种过渡结构均可以使反射系数在28-40 GHz波段小于0.05。 展开更多
关键词 行波管 过渡波导 折叠波导 慢波结构
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0.34THz折叠波导行波管设计及流通管实验 被引量:9
18
作者 徐翱 周泉丰 +2 位作者 阎磊 胡鹏 陈洪斌 《太赫兹科学与电子信息学报》 2014年第2期153-157,共5页
以0.34 THz折叠波导行波管为研究对象,分析了慢波结构的色散特性、耦合阻抗、冷损耗特性和工作模式等,并按优化后折叠波导慢波结构的要求设计电子光学系统,进行流通管实验,得到电子注通过率大于80%的实验结果。最后对输入输出结构进行... 以0.34 THz折叠波导行波管为研究对象,分析了慢波结构的色散特性、耦合阻抗、冷损耗特性和工作模式等,并按优化后折叠波导慢波结构的要求设计电子光学系统,进行流通管实验,得到电子注通过率大于80%的实验结果。最后对输入输出结构进行优化设计,满足中心频率为0.345 THz,带宽大于10 GHz,输出功率大于20 mW的0.34 THz折叠波导行波管设计要求。 展开更多
关键词 折叠波导行波管 慢波结构 电子光学系统 输入输出结构
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0.22THz折叠波导行波管电子光学系统设计与实验研究 被引量:4
19
作者 宋睿 周泉丰 +4 位作者 雷文强 蒋艺 胡鹏 马国武 陈洪斌 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期185-189,共5页
设计了一套0.22THz折叠波导行波管电子光学系统,详细介绍了电子枪和周期永磁聚焦系统的设计过程,在电子枪电子束束腰与磁系统不匹配情况下,对磁场过渡区进行了优化设计,以此为基础利用磁场仿真软件对磁场进行模拟和优化,并把磁场位形代... 设计了一套0.22THz折叠波导行波管电子光学系统,详细介绍了电子枪和周期永磁聚焦系统的设计过程,在电子枪电子束束腰与磁系统不匹配情况下,对磁场过渡区进行了优化设计,以此为基础利用磁场仿真软件对磁场进行模拟和优化,并把磁场位形代入电磁仿真软件进行电子束传输仿真,优化后的电子光学系统发射束流10mA,阴极电压15kV,束流通过率96%。通过实验验证,流通管束流通过率93%,高频样管束流通过率94%,与设计相符。高频样管实现连续波运行,功率大于0.4 W,3dB带宽大于12GHz。 展开更多
关键词 折叠波导行波管 电子光学系统 束流通过率 永磁聚焦系统
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太赫兹波段折叠波导行波管的线性分析和计算 被引量:4
20
作者 杨温渊 董志伟 +1 位作者 董烨 周海京 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期223-228,共6页
给出了太赫兹波段折叠波导行波管中考虑管壁欧姆损耗的带电子束扰动的色散方程。求解该方程可以得到器件中小信号增益的值。通过编制Matlab程序,分析计算了不同工作点、不同折叠波导结构参数和不同工作频段时小信号增益的变化特性。计... 给出了太赫兹波段折叠波导行波管中考虑管壁欧姆损耗的带电子束扰动的色散方程。求解该方程可以得到器件中小信号增益的值。通过编制Matlab程序,分析计算了不同工作点、不同折叠波导结构参数和不同工作频段时小信号增益的变化特性。计算结果表明:适当选取工作点和结构参数,可以获得最佳增益值;考虑损耗后,除了前向增长的辐射场外,还会出现反向传输的静态波;随着工作频段向高频方向延伸,前向波的增益显著降低,而反向波强度则增大。因此,工作频率提高时,为了达到一定大小的增益,需要的折叠波导的周期数也相应增加。 展开更多
关键词 折叠波导行波管 太赫兹 小信号增益 欧姆损耗
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