تحلیل مشخصه‌های سرد ساختار کند موج مارپیچ دوگانه با ارائه یک مدل ساختاری برای کاربرد در لامپ موج رونده

نوع مقاله : مخابرات - میدان و موج

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 استادیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 استاد دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله، یک مدل ساده‌شده به‌منظور محاسبه مشخصه­های سرد (سرعت فاز و امپدانس برهمکنش) مارپیچ دوگانه ارائه شده است. این مدل، یک مارپیچ معمولی است که به‌اندازه شعاع مارپیچ در جهت شعاعی داخل بدنه جابه‌جا شده است. مشخصه­های بدون پرتو مدل پیشنهادی با استفاده از روش تحلیل میدانی غلاف محاسبه شده است. با توجه به هم‌مرکز نبودن مارپیچ معمولی و بدنه در مدل پیشنهادی، از قضیه جمع‌پذیری در نوشتن معادلات میدان­های الکترومغناطیسی استفاده شده است. مقایسه نتایج تحلیلی مدل پیشنهادی با نتایج شبیه‌سازی مارپیچ دوگانه در بازه فرکانسی GHz 6-1، نشان‌دهنده دقت سرعت فاز مدل پیشنهادی بیش از 94% و امپدانس برهمکنش آن بیش از 87% است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Coaker, B.; Challis, T. “Travelling Wave Tubes: Modern Devices and Contemporary Applications”; Microwave Journal 2008, 32-45.##
[2]     Pchelnikov, Y. N.; Abe, D. K. “A Novel Millimeter-Wave Structure for Longitudinal Interaction with a Sheet Electron Beam”; IEEE Trans. Electron Devices 2018, 65, 2135-2141.##
[3]     Wang, J.; Shu, G.; Liu, G.; Yang, L. Y.; Luo, Y. “Ultrawideband Coalesced-mode Operation for a Sheet-beam Traveling-wave Tube”; IEEE Trans. Electron Devices 2016, 63, 504–511.##
[4]     Kowalski, E. J.; Shapiro, M. A.; Temkin, R. J. “An Overmoded W-band Coupled-cavity TWT”; IEEE Trans. Electron Devices 2015, 62, 1609–1616.##
[5]     Kompfner, R. “The Traveling-wave Tube as Amplifier of Microwaves”; Proc. IRE 1947, 35, 124–127.##
[6]     Swaminathan, K.; Zhao, C.; Chua, C.; Aditya, S. “Vane-loaded Planar Helix Slow-wave Structure For Application in Broadband Traveling-wave Tubes”; IEEE Trans. Electron Devices 2015, 62, 1017–1023.##
[7]     Lucken, J. A. “Some Aspects of Circuit Power Dissipation in High Power CW Helix Traveling-wave Tubes, part I: General Theory”; IEEE Trans. Electron Devices 1969, 16, 813–820.##
[8]     Gilmour, A. S. “Principles of Klystrons, Traveling Wave Tubes, Magnetrons, Crossed-field Amplifiers, and Gyrotrons”; Artech House, MA, USA, 2011.##
[9]     https://www2.l3t.com/edd/old/products/products_helix.htm##
[10]  Gholamrezaei, M.; Razavi, M.; Hamidi, E.; Kashani, F. H. “Multihelix Structure (MHS) for Traveling Wave Tube Power Enhancement”; Proc. 24th Int. Iranian Conf. Electrical Eng. (ICEE), Shiraz, Iran, 2016.##
[11]  Pozar, D. M. “Microwave and RF Design of Wireless Systems”; New York, NY, USA: Wiley, 2012.##
[12]  Gholamrezaei, M.; Hamidi, E.; Kashani, F. H. “∞-Shaped (Lemniscatical) Helix Slow-Wave Structure (LH-SWS) for High-Power Traveling-Wave Tubes”; IEEE Trans. Electron Devices 2018, 65, 2607-2613.##
[13]  Shatrov, A. D.; Sivov, A. N. ; Chuprin, A. D. “Investigation of Multifilar Helical Antennas with Small Radius and Large Pitch Angle on Basis of Eigenmodes of Infinite Sheath Helix”; Electronics Letters 1994, 30, 1558-1560.##
[14]  Kumar, A.; Aditya, S. “Simplified Tape-Helix Analysis of the Planar Helix Slow Wave Structure with Straight-Edge Connections”; IEEE Trans. Electron Devices 2018, 65, 2280-2286.##
[15]  Wei, W.; Wei, Y.; Wang, W.; Zhang, M.; Gong, H. “Dispersion Equations of a Rectangular Tape Helix Slow-Wave Structure”; IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques 2015, 63, 1445-1456.##
[16]  Pchelnikov, Y. N.; Abe, D. K. “A Novel Millimeter-Wave Structure for Longitudinal Interaction with a Sheet Electron Beam”; IEEE Trans. Electron Devices 2018, 65, 2135-214.##
[17]  Safi, D.; Birtel, P.; Meyne, S.; Jacob, A. F. “A Traveling-Wave Tube Simulation Approach with CST Particle Studio”; IEEE Trans. Electron Devices 2018, 65, 2257-2263.##
[18]  Fu, C.; Wei, Y.; Gong, Y.; Wang, W. “Simulation of Rectangular Helix Slow-Wave Structure for 140 GHz Traveling-Wave Tube”; IEEE Trans. Plasma Sci. 2016, 44, 1069-1074.##
[19]  Abu-elfadl, T. A.; Nusinovich, G. S.; Shkvarunets, A. G.; Carmel, Y.; Antonsen Jr, T. M.; Granatstein, V. L. “Efficiency of Helix Pasotron Backward-wave Oscillator”; IEEE Trans. Plasma Sci. 2002, 30, 1126-1133.##
[20]  Gewartowski, J. W.; Watson, H. A. “Principles of Electron Tubes”; D. Van Nostrand, NJ, USA, 1965.##
[21]  Chong, C. K.; Davis, J. A.; Le Borgne, R. H.; Ramay, M. L.; Stolz, R. J.; Tamashiro, R. N.; Vaszari, J. P. “Development of High Power Ka-band and Q-band Helix-TWTs”; IEEE Trans. Electron Devices 2005, 52, 653-659.##
[22]  Chong, C. K.; Layman, D.; Le Borgne, R. H.; Olivieri, M.; Ramay, M. L.; Stolz, R. J. “Development of High Power Ka/Q Dual-band and Communications/radar Dual-function Helix-TWT”; IEEE Trans. Electron Devices 2009, 55, 913-918.##
[23]  Dayton, J. A.; Dayton, J. A.; Kory, C. A.; Mearini, G. T.; Malta, D.; Lueck, M.; Bower, C. A. “A 650 GHz helical BWO”; Proc. IEEE Int. Vac. Electron. Conf., Monterey, CA, 2008.##
[24]  L3 Electron Devices “L2086 Helix Traveling Wave Tube”; http://www.L3.com, 2017.##
[25]  Chong, C. K. “500 W Ka-band Helix-TWT: Transition from Development to Production”; Proc. IEEE Int. Vac. Electron. Conf., 2009.##
[26]  L3 Electron Devices “MMW-band Traveling Wave Tube”; http://www.L3.com, 2017.##
[27]  Pierce, J. R. “Traveling-wave Tubes”; D. Van Nostrand, 1950.##
[28]  Basu, B. N. “Electromagnetic Theory and Applications in Beam-wave Electronics”; Singapore, World Scientific, 1995.##
[29]  Zhang, K.; Li, D. “Electromagnetic Theory for Microwaves and Optoelectronics”; Springer-Verlag, NY, USA, 1998.##
[30]     Macphie, R. H.; Wu, K. L. “A Full-wave Modal Analysis of Inhomogeneous Waveguide Discontinuities with Both Planar and Circular Cylindrical Boundaries”; IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques 2001, 49, 1132-1136.##
[31]     Yeo, T. “Cutoff Frequencies of an Asymmetrically Loaded Cylindrical Waveguide”; IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques 1998, 46, 1331-1334.##
[32]     Roumeliotis, J. A.; Savaidis, S. P. “Cutoff Frequencies of Eccentric Circular-elliptic Metallic Waveguides”; IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques 1994, 42, 2128-2138.##
[33]     Sebak, A. “Electromagnetic Scattering by Two Parallel dielectric elliptic cylinders”; IEEE Trans. Antennas and Propag. 1994, 42, 1521-1527.##
[34]     Balanis, C. A. “Advanced Engineering Electromagnetics”; John Wiley & Sons, Inc. 2012.##