介紹了一種V波段新型夾持桿螺旋線慢波系統(tǒng)。運用HFSS軟件計算了新型慢波系統(tǒng)的高頻特性，與傳統(tǒng)慢波系統(tǒng)的高頻特性進行了比較。分析了夾持桿內(nèi)金屬塊各尺寸參數(shù)對新型慢波系統(tǒng)高頻特性的影響。用2.5維大信號互作用程序?qū)ζ渥?波互作用進行了模擬，計算結(jié)果表明當(dāng)工作電壓和電流分別為9.3kV和75mA時，最佳金屬塊尺寸時新型慢波系統(tǒng)的整管在56～64GHz頻率范圍內(nèi)輸出功率大于60W，增益大于54dB，電子效率大于8%。

　　在微波毫米波頻段，行波管是應(yīng)用最廣泛的電真空器件，具有頻帶寬、增益高、輸出功率較大和工作壽命長等其他器件無法比擬的顯著特點，因而廣泛應(yīng)用于通信和電子對抗等領(lǐng)域。慢波系統(tǒng)是行波管的核心部件，是電子注與高頻場相互作用并交換能量實現(xiàn)微波信號放大的重要場所。螺旋線是一種重要的慢波結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于行波管等微波電真空器件中。國內(nèi)外很多學(xué)者對螺旋線進行了深入的研究。

　　實際寬帶螺旋線行波管中的慢波系統(tǒng)一般會加載金屬翼片和介質(zhì)，來改善色散特性，增加行波管的工作帶寬。當(dāng)螺旋線行波管的工作頻段上升到毫米波段，由于結(jié)構(gòu)尺寸小，翼片形狀復(fù)雜不易加工，介質(zhì)夾持桿因強度低也容易斷裂，導(dǎo)致實際慢波系統(tǒng)加工和裝配比較困難。基于上述問題，本文提出了一種新型夾持桿螺旋線慢波系統(tǒng)(圖1)，其中夾持桿主要有圓形夾持桿和矩形夾持桿兩種類型，夾持桿內(nèi)分別加載圓形和矩形金屬塊。采用介質(zhì)與金屬一體化，可以提高夾持桿的強度和新型慢波系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從實際加工的可行性考慮，本文只研究矩形夾持桿。文中用高頻仿真軟件HFSS對新型慢波系統(tǒng)的高頻特性進行了計算，分析了矩形夾持桿中矩形金屬塊各尺寸參數(shù)對高頻特性的影響。用2.5維大信號互作用程序完成了V 波段注-波互作用的模擬，從輸出功率、增益、電子效率和非同步參量等角度對新型慢波系統(tǒng)進行了分析。

圖1　新型夾持桿螺旋線慢波系統(tǒng)示意圖

　　1、高頻特性分析

　　慢波系統(tǒng)的兩個重要高頻特性參量是色散和耦合阻抗。色散表征了電子注與高頻場同步的條件，關(guān)系到行波管的工作電壓、工作頻率、頻段寬度和工作穩(wěn)定性等一系列重要指標(biāo)。耦合阻抗表征注-波互作用的有效程度，決定了行波管的功率、電子效率和增益等。

　　1.1、物理模型

　　傳統(tǒng)螺旋線慢波系統(tǒng)一般由一個螺旋線和3個對稱的矩形介質(zhì)夾持桿以及一個金屬管殼構(gòu)成，其中螺旋線和夾持桿采用面接觸(圖2)。為提高夾持桿的強度和柔韌性，增強慢波系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在矩形夾持桿的中央引入一矩形金屬塊，得到一種新型慢波系統(tǒng)(圖3)。其中a為螺旋線內(nèi)半徑，b為螺旋線外半徑，c為管殼半徑，w 為夾持桿寬度，g 為矩形金屬塊寬度，h為金屬塊高度，d為金屬塊到管中心的距離，另設(shè)螺旋線寬度為δ。

圖2　傳統(tǒng)慢波系統(tǒng)示意圖

圖3　新型慢波系統(tǒng)示意圖

　　3、結(jié)論

　　本文提出了一種V 波段新型夾持桿螺旋線慢波系統(tǒng)。新型慢波系統(tǒng)夾持桿中加入矩形金屬塊不僅提高了夾持桿的強度，增強了慢波系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且明顯改善了慢波系統(tǒng)的色散特性，有助于增加行波管的工作帶寬。通過優(yōu)化新型慢波系統(tǒng)，并進行注-波互作用的模擬，使得整管在56～64GHz頻段內(nèi)輸出功率可以達到60 W，增益可以達到54dB，電子效率可以達到8%。這對探索和研究V波段寬帶螺旋線行波管具有一定的指導(dǎo)意義。