摘要：為了得到高功率、高頻率、大帶寬的微波源，運(yùn)用微波仿真軟件CST對(duì)矩形耦合腔行波管這一新型的大功率器件進(jìn)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(tǒng)的腔體數(shù)量對(duì)行波管工作特性的影響。結(jié)果表明，矩形耦合腔行波管具有較高的功率承載能力。

關(guān)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(hào)：TN124+.2—34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(fā)明以來(lái)，在遠(yuǎn)距離通信、雷達(dá)等領(lǐng)域一直有著重要的應(yīng)用價(jià)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(dǎo)體器件難以企及的[1—4]。

在慢波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，電磁仿真技術(shù)是減小設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率的有效方法，可以大大節(jié)約多次試驗(yàn)帶來(lái)的成本壓力。本文采用CST微波工作室對(duì)矩形耦合腔慢波系統(tǒng)的色散曲線、耦合阻抗等冷腔特性進(jìn)行了電磁仿真分析[5—6]。分析了慢波系統(tǒng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電磁特性的影響，獲得了慢波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化參數(shù)。

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(tǒng)要產(chǎn)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(tǒng)一端的電子注通道口輸入一束電子，并在整個(gè)慢波系統(tǒng)段上加上聚焦磁場(chǎng)不讓注入慢波系統(tǒng)的電子分散開(kāi)；同時(shí)在輸入端輸入一定頻率和功率的信號(hào)。輸入信號(hào)后，在慢波系統(tǒng)中的諧振腔內(nèi)就會(huì)形成穩(wěn)定的場(chǎng)，注入慢波系統(tǒng)的電子就會(huì)與縱向電場(chǎng)發(fā)生互作用。