蛇形波导行波管的参数化建模

本文描述了一种用于数值计算蛇形波导行波管（TWTs）小信号增益的简单快速模型。在 Pierce 模型框架下，我们考虑沿色散单模慢波结构（SWS）的一维电子流，并计入空间电荷效应。该解析模型考虑了利用文献中各种等效电路模型获得的频率相关相速度与特性阻抗，并通过与全波本征模仿真对比进行了验证。模型包含了模态特性阻抗与 SWS 相互作用（Pierce）阻抗之间的关系，还包括一个额外修正因子，用于解释电场分布因而相互作用阻抗在电子束截面上的变化。通过对广义 Pierce 模型施加边界条件，我们计算了 TWT 的理论增益以及热模的所有复值波数随频率的变化，并将结果与计算密集的粒子-in-胞（PIC）仿真进行比较；比较的良好一致性证明了我们广义模型的准确性与简洁性。针对平均电子束（e-beam）相速度、平均 e-beam 电流、单元数量与输入射频（RF）功率各异的多个算例，我们证明了模型在小信号区间内具有鲁棒性。