一种慢波结构慢波色散特性的获取方法技术

技术编号:13330435 阅读:91 留言:0更新日期:2016-07-11 20:53
本发明专利技术公开了一种慢波结构慢波色散特性的获取方法,在慢波结构纵向的一端设置一个发射极,使之可以沿纵向发射一个速度固定的短电子束团,同时,在慢波结构的纵向中间位置设置一个观测点,用于记录短电子束团所激励起的电磁信号随时间的变化;在此基础上,改变所发射的短电子束团的速度,对不同电子束团速度下记录的时间变化的电磁信号进行频谱分析,得到不同短电子束团速度下所激励起的电磁波的频率,从而得到慢波色散特性。实验表明,本发明专利技术对于封闭的周期型慢波结构、开放的周期性慢波结构以及非周期性的慢波结构都具有良好的效果,获取的慢波色散特性与理论(实际)的基本一致,实现对开放的或非周期型的慢波结构色散特性的获取。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子器件
,更为具体地讲,涉及一种慢波结构慢波色散特性的获取方法
技术介绍
O型真空电子器件如行波管和返波震荡管在通信、雷达以及空间应用等领域发挥着重大作用。这类器件主要利用慢波结构中的电磁慢波与直线型电子注在同步条件下得到互作用进而放大电磁场,作为注波互作用的场所,慢波结构是其的核心部件之一。所谓慢波是指相速小于光速的电磁波。在设计慢波结构的过程中,首要任务是要研究其电磁波的相速与频率的关系,即色散特性。早期,主要采用实验法来研究慢波结构的慢波色散特性:实际制造一个慢波结构,将其两端短路,然后通过实验,测其谐振频率,进而得到慢波结构的慢波色散关系。然而,此方法费时费力费钱,尤其是对于目前作为研究热点的尺寸极小、极难加工的太赫兹波段的慢波结构。随着计算机技术的发展,人们开始用数值计算和模拟的方法来研究慢波结构的慢波色散特性。常用的模拟方法有两种:谐振频率法和准周期法。其中,谐振频率法与实验法原理类似,由实验制造慢波结构后测试得到谐振频率,变为在模拟中建立虚拟模型,用模拟的方式获得谐振频率,这种方法只能用来研究封闭的慢波结构。准周期法是在模拟软件中如CSTMWS(CSTMICROWAVESTUDIO,是德国CST(ComputerSimulationTechnology)公司推出的高频三维电磁场仿真软件)、HFSS(HighFrequencyStructureSimulator)建立模型,利用准周期边界,在一个周期长度或半个周期长度上设置一个相移,相应的频率可以通过本征模式计算得到,从而得到相移和频率的对应关系。但是这种方法只能用于封闭的周期型慢波结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,提供一种慢波结构慢波色散特性的获取方法,以实现对开放的或非周期型的慢波结构色散特性的获取。为实现上述专利技术目的,本专利技术慢波结构慢波色散特性的获取方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、在慢波结构纵向的一端设置一个发射极,使之可以沿纵向发射一个速度固定的短电子束团;(2)、在慢波结构的纵向中间位置设置一个观测点,用于记录短电子束团所激励起的电磁信号随时间的变化;(3)、改变所发射的短电子束团的速度,对不同短电子束团速度下对记录的时间变化的电磁信号进行频谱分析,得到不同短电子束团速度下所激励起的电磁波的频率;这样,得到的短电子束团速度和所激励起的电磁波的频率的对应关系为电磁波相速vp和频率f的关系(慢波色散特性)。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术慢波结构慢波色散特性的获取方法,在慢波结构纵向的一端设置一个发射极,使之可以沿纵向发射一个速度固定的短电子束团,同时,在慢波结构的纵向中间位置设置一个观测点,用于记录短电子束团所激励起的电磁信号随时间的变化;在此基础上,改变所发射的短电子束团的速度,对不同电子束团速度下记录的时间变化的电磁信号进行频谱分析,得到不同短电子束团速度下所激励起的电磁波的频率;得到的电子束团速度和所激励起的电磁波的频率的对应关系为电磁波相速vp和频率f的关系即慢波色散特性。实验表明,本专利技术慢波结构慢波色散特性的获取方法对于封闭的周期型慢波结构、开放的周期性慢波结构以及非周期性的慢波结构都具有良好的效果,获取的慢波色散特性与理论(实际)的基本一致,实现对开放的或非周期型的慢波结构色散特性的获取。附图说明图1是本专利技术慢波结构慢波色散特性的获取方法中慢波结构为正弦波纹波导的结构示意图;图2是图1所示正弦波纹波导的慢波色散特性曲线准周期法与本专利技术的比较图;图3是本专利技术慢波结构慢波色散特性的获取方法中慢波结构为开放光栅的结构示意图;图4是图3所示开放光栅的慢波色散特性曲线理论与本专利技术的比较图;图5本专利技术慢波结构慢波色散特性的获取方法中慢波结构为介质波导的结构示意图;图6是图5所示介质波导的慢波色散特性曲线理论与本专利技术的比较图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述,以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是,在以下的描述中,当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时,这些描述在这里将被忽略。一、基本原理当一个短电子束团(理想状态下近似为点电荷)沿着某个慢波结构的纵向匀速运动时,会在慢波结构中激励起电磁波,所激励的电磁波的相速度与短电子束团(点电荷)的速度相同。通过计算或模拟的方法,可以得到电子束团(点电荷)在慢波结构中激励的电磁波的频率,如此便得到频率和相速度的对应关系,这便是本专利技术电子束团激励法得到慢波结构色散的基本原理。二、理论依据首先研究点电荷在无界空间中匀速运动时所产生的电磁场。假设一个电量为q的点电荷以速度(为x方向单位矢量)在无界空间中匀速运动,相应的波动方程如下两式所示。 ▿ 2 E - μ ϵ ∂ 2 ∂ t 2 E = μ ∂ J ∂ t + ▿ ρ ϵ - - - ( 1 ) ]]> ▿ 2 H - μ ϵ ∂ 2 ∂ t 2 H = - ▿ × J - - - ( 2 ) ]]>上式中E为电场强度,H为磁场强度,J为电流密度,ρ为电荷密度,ε和μ为介质的介电常数和磁导率。x,y和z是位置坐标,t为时间,为了简化方程,对上述各个变量做傅里叶变换,如下式所示。傅里叶逆变换本文档来自技高网
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一种慢波结构慢波色散特性的获取方法

【技术保护点】
一种慢波结构慢波色散特性的获取方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、在慢波结构纵向的一端设置一个发射极,使之可以沿纵向发射一个速度固定的短电子束团;(2)、在慢波结构的纵向中间位置设置一个观测点,用于记录短电子束团所激励起的电磁信号随时间的变化;(3)、改变所发射的电子束团的速度,对不同短电子束团速度下对记录的时间变化的电磁信号进行频谱分析,得到不同短电子束团速度下所激励起的电磁波的频率;这样,得到的短电子束团速度和所激励起的电磁波的频率的对应关系电磁波相速vp和频率f的关系(慢波色散特性)。

【技术特征摘要】
1.一种慢波结构慢波色散特性的获取方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、在慢波结构纵向的一端设置一个发射极,使之可以沿纵向发射一个
速度固定的短电子束团;
(2)、在慢波结构的纵向中间位置设置一个观测点,用于记录短电子束团
所激励起的电磁信号随时间的变化;
(3)、改变所发射的电子束团的速度,对不同短电子束团速...

【专利技术属性】
技术研发人员:王媛媛魏彦玉李大治张鲁齐丁冲郭彍宫玉彬
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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