CFA双螺旋耦合慢波结构：高频特性与CST模拟分析

"CFA用双螺旋耦合慢波结构高频特性研究" 本文主要探讨了用于CFA（Crossed Field Amplifier）的双螺旋耦合慢波结构的高频特性，研究中利用了CST（Computer Simulation Technology）公司的Microwave Studio软件进行仿真分析。CFA是一种高效、高功率密度、宽瞬时带宽的微波源，尤其适用于高机动雷达系统。尽管其增益相对较低且输出噪声较大，但因其较高的性价比，仍然在微波功率器件中占有一席之地。 文章首先介绍了CFA的工作原理，不同于行波管依赖电子动能放大微波能量，CFA通过电子的位能转换来实现能量交换。由于增益低这一缺点，CFA的研究主要集中在优化慢波结构，以提高性能。在国外，CFA的慢波结构种类多样，包括曲折线、螺旋耦合叶片、螺旋线耦合杆等。相比之下，国内的CFA研究和生产主要集中在低频段，采用的慢波结构主要是曲折线，种类相对较少，不能覆盖整个微波频域。 本文重点研究的双螺旋耦合慢波结构，是基于螺旋线行波管的概念发展而来。螺旋线因其弱色散和宽工作频带的特性而在微波管中受到青睐。在前向波放大管中，螺旋线被设计成矩形截面以增强与电子的相互作用，但这种结构在散热和功率容量方面存在不足。因此，研究者开发了螺旋耦合翼片结构，分为单螺旋耦合和双螺旋耦合两种，以改善上述问题。 双螺旋耦合翼片慢波结构（如图1所示）能够提高耦合阻抗和功率容量。具体到SFD238前向波放大管，它采用单螺旋耦合翼片结构，工作在S波段，能够输出1kW的平均功率。这样的设计改进为CFA在C波段和X波段的应用提供了可能性，为高频段前向波放大管的研发打下了基础。 通过CST Microwave Studio软件，研究人员模拟了双螺旋耦合慢波结构的色散特性，并对比分析了C波段曲折线慢波结构和双螺旋耦合结构的传输特性。计算结果显示，这种慢波结构完全符合C波段和X波段前向波放大管的设计需求，为拓宽我国CFA应用频段和提升性能提供了有力的技术支持。未来，对这种新型慢波结构的深入研究有望进一步优化CFA的性能，推动国内微波源技术的发展。