矩形耦合腔行波管的研究

摘要：為了得到高功率、高頻率、大帶寬的微波源，運用微波仿真軟件CST對矩形耦合腔行波管這一新型的大功率器件進行了粒子模擬，得到了23.7kW的峰值輸出功率，并且分析了行波管的工作電壓與慢波系統的腔體數量對行波管工作特性的影響。結果表明，矩形耦合腔行波管具有較高的功率承載能力。

關鍵詞：矩形耦合腔；行波管；粒子模擬；微波仿真軟件

中圖分類號：TN124+.2—34文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0165—03

引言

行波管是一種重要的大功率微波、毫米波電真空器件，自發明以來，在遠距離通信、雷達等領域一直有著重要的應用價值。常用的行波管有兩種，一種是螺旋線行波管，一種是耦合腔行波管。行波管的工作帶寬和輸出功率都是半導體器件難以企及的[1—4]。

在慢波系統的設計過程中，電磁仿真技術是減小設計時間，提高設計效率的有效方法，可以大大節約多次試驗帶來的成本壓力。本文采用CST微波工作室對矩形耦合腔慢波系統的色散曲線、耦合阻抗等冷腔特性進行了電磁仿真分析[5—6]。分析了慢波系統的各個結構參數對電磁特性的影響，獲得了慢波系統結構的優化參數。

1矩形耦合腔行波管的粒子模擬

建立起的粒子模擬模型如圖1所示。行波管慢波系統要產生放大的電磁波的作用則需要引入電子與電磁波互作用，使電子的能量傳遞給電磁波[7]。為此在慢波系統一端的電子注通道口輸入一束電子，并在整個慢波系統段上加上聚焦磁場不讓注入慢波系統的電子分散開；同時在輸入端輸入一定頻率和功率的信號。輸入信號后，在慢波系統中的諧振腔內就會形成穩定的場，注入慢波系統的電子就會與縱向電場發生互作用。