交错双栅类慢波系统中带状电子注与波相互作用的理论研究

The development of the terahertz band electromagnetic spectrum is a hot topic in the field of electronics. The vacuum electronics is an important technology to develop high power THz radiation source. As one of the most important THz wave vacuum amplifiers, the traveling-wave tube (TWT) is widely applied for its outstanding performances in wide bandwidth, high efficiency, and so on. The staggered double vane slow-wave system(SWS) TWT has been proven to have a huge potential for vacuum terahertz radiation source. However, the theoretical study of staggered vane SWS is still imperfect by now, and the theory is missed. Especially, the development of the staggered double vane TWT is restricted by the absence of the technical beam-wave interaction software. In order to complete the theoretical study of staggered double vane SWS, and lay the foundation of the beam wave interaction software development, then promote the research progress of THz TWT. In this project, a nonlinear theory based on an arbitrary shaped staggered double vane which include the RF field equations, the space charge field equations and the electron movement equations will be developed. And the nonlinear theory will be modified based on the beam-wave interaction simulation results which will be carried out by the electromagnetic simulation software (CST).

太赫兹波段的电磁频谱开发是当今电子学领域的热点课题。真空电子技术作为一种重要的技术手段被用于开发太赫兹波段的大功率电磁辐射源，而行波管因具有频带宽、效率高等优点而被广泛应用。交错双栅类慢波结构行波管已被证明是一种潜力巨大的真空太赫兹辐射源。然而到现在为止，交错双栅类慢波系统的基础理论研究仍不完善，尤其是缺乏专门的注波互作用仿真软件，这在很大程度上延缓了交错双栅类行波管的研究工作。为了完善交错双栅类慢波系统的理论研究，为互作用软件的开发奠定理论基础，进而推动太赫兹行波管的研发进程，本项目将开展具有任意栅形状的交错双栅类慢波系统系统行波管注波互作用的非线性理论研究，包括：高频场与电子注能量交换过程的高频场方程、分析电子之间空间电荷场方程以及描述电子注在电磁场作用下运动轨迹的电子运动方程。最后借助电磁仿真软件CST对注波互作用进行分析，并利用仿真结果对所得非线性理论进行修正。

太赫兹波段的电磁频谱开发是当今电子学领域的热点课题。真空电子技术作为一种重要的 技术手段被用于开发太赫兹波段的大功率电磁辐射源，而行波管因具有频带宽、效率高等优点 而被广泛应用。.交错双栅类慢波结构行波管已被证明是一种潜力巨大的真空太赫兹辐射源。然而到现在为止，交错双栅类慢波系统的基础理论研究仍不完善，尤其是缺乏专门的注波互作用仿真软件，这在很大程度上延缓了交错双栅类行波管的研究工作。.为了完善交错双栅类慢波系统的理论研究，为互作用软件的开发奠定理论基础，进而推动太赫兹行波管的研发进程，本项目提出了分析任意槽矩形波导栅慢波结构的一种普遍分析方法，这一方法不仅适合于矩形槽栅慢波结构的分析，也适合于梯形、燕尾形、余弦形槽等的分析；利用此方法获得了任意槽矩形波导栅慢波结构的普遍色散方程和耦合阻抗表达式，在此基础上，研究了槽的形状对矩形波导栅慢波结构的高频特性的影响；同时，建立了分析任意槽矩形波导栅行波管的注-波互作用线性理论模型，研究了槽形状对小信号增益的影响。.开展了具有任意栅形状的交错双栅类慢波系统系统行波管注波互作用的非线性理论研究，包括：高频场与电子注能量交换过程的高频场方程、分析电子之间空间电荷场方程以及描述电子注在电磁场作用下运动轨迹的电子运动方程。将传统的非线性注波互作用理论与等效电路理论结合在一起,建立了曲折波导行波管非线性注波互作用的改进模型。