基于粒子模拟的相互作用热慢波结构行波管本征模求解器
等离子体物理
2021-03-05 v2 应用物理
摘要
本文提出一种刻画行波管（TWT）中电子束-电磁功率交换沿管动力学特性的方案。该方法基于沿 TWT 离散周期位置定义状态向量，并通过粒子模拟（PIC）确定“热”慢波结构（SWS）单胞的传输矩阵，该矩阵考虑了电磁导波场与电子束间的相互作用。一旦获得单胞传输矩阵的估计，我们展示如何借助 Floquet 理论求解热 SWS 中的混合、束-电磁本征模（即电磁导波场与电子束相互作用之处）。特别地，我们展示如何确定混合模的复值波数及与之关联的特征向量。该方法被应用于求解带螺旋 SWS 的 TWT 放大器中可支持的有复波数热模。我们给出了随频率与束电压变化的混合模模态复波数色散关系，结果与 Pierce 理论一致。该方法还被应用于求解基于蛇形波导的毫米波 TWT 放大器热 SWS 中的复波数模。该技术具通用性，可应用于任何电磁模与电子束相互作用的 SWS 几何结构。
引用
@article{arxiv.2010.07530,
title = {Traveling Wave Tube Eigenmode Solver for Interacting Hot Slow Wave Structure Based on Particle-In-Cell Simulations},
author = {Tarek Mealy and Filippo Capolino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.07530},
year = {2021}
}