基于传递矩阵的非均匀螺旋型 traveling-wave 管的小信号模型
等离子体物理
2025-01-06 v2
摘要
我们介绍了一种用于建模频率色散且非均匀螺旋型 traveling-wave 管（TWT）放大器小信号行为的实用方法，该方法是对一维 Pierce 模型的推广。该模型适用于单级和多级 TWT。像 Pierce 模型一样，我们假设电子沿一个方向线性流动，平行且靠近一个慢波结构（SWS），其引导单一支配电磁模式。采用位置相关和频率相关的 SWS特性建模现实螺旋 TWT，包括损耗、相速度、等离体频率减小因子、相互阻抗以及将 SWS 特征阻抗与相互阻抗相关的耦合系数。对于多级螺旋 TWT，我们提供了一个简单的并联电路模型，用于组合由间隙分隔的各级，间隙会衰减引导的电路模式，同时允许空间电荷波自由通过到下一级。通过全波本征模仿真获得色散 SWS特性，对真实螺旋 SWS进行建模，其由支撑介质棒构成的金属管内支持，所有这些因素都贡献于分布式电路损耗。我们将使用传递矩阵计算得到的增益-频率曲线与通过粒子-in-cell（PIC)仿真和 1D TWT 代码 LATTE 获得的结果进行比较，以证明模型的准确性。此外，我们展示了该模型能够再现由于 TWT 输入输出端口不匹配导致的增益波纹。
引用
@article{arxiv.2405.07956,
title = {Small-Signal Model for Inhomogeneous Helix Traveling-Wave Tubes using Transfer Matrices},
author = {Robert Marosi and Kasra Rouhi and Tarek Mealy and Alexander Figotin and Filippo Capolino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.07956},
year = {2025}
}
备注
22 pages, 18 figures