Analysis of the dispersion characteristics of the slow-wave structures used in the terahertz range devices

T-Comm: Telecommunications and transport. 2017. Vol. 11. No. 4. P. 81–86.

Кравченко Н. П., Стромов Ю. В., Чхеидзе А. А., Мухин С. В.

Данная работа рассматривает модели замедляющих систем, используемых при проектировании приборов миллиметрового диапазона. Для конструирования ламп бегущей волны (ЛБВ), работающей в миллиметровом диапазоне, следует выбирать аксиально-симметричные резонаторные замедляющие системы (ЗС). Построения 3D моделей рассматриваемой замедляющей системы производиться в программном пакете HFSS [1]. Для расчета дискретных характеристик используется программа, изложенная в [2].  На основе результатов расчета строится модель ячейки замедляющей системы. Характер распределения электромагнитного поля в системе определяется по особенностям взаимодействия электронов и поля в ЛБВ с замедляющей системой. Для решения задач данного типа наиболее общим является дискретный подход, описанный в [3]. Для описания дискретного взаимодействия в лампе бегущей волны, при котором фаза поля в зазорах взаимодействия в продольном направлении остается постоянной, электродинамически обоснованным является использование разностного уравнения. Обосновать использование той или иной математической модели построения конечно-разностного уравнения, позволяет разностная форма электродинамической теории возбуждения [4]. Коэффициенты конечно-разностного уравнения рассчитываются через коэффициенты матрицы передачи 2-N полюсника, благодаря чему имеют определенный электродинамический смысл. Чем точнее заданы коэффициенты конечно-разностного уравнения, тем более точной становится и математическая модель дискретного взаимодействия. 2-N полюсник в данной задаче является шести полюсником, полученном из восмиполюсника при условии отсутствия тока возбуждения. Полученный шестиполюсник – это математическая модель ячейки замедляющей системы. Точность данной модели и ее реалистичность, восстановления электродинамических характеристик моделируемой резонаторной замедляющей системы определяется коэффициентами полученного 2N-полюсника. А значит, верный подбор коэффициентов матрицы передачи обеспечивает и правильное описание процессов дискретного взаимодействия в лампах бегущей волны, и электродинамических процессов в ЗС.

Ключевые слова: electrodynamic characteristics, электродинамические характеристики, дискретный подход, моделирование ЛБВ, program HFSS, millimeter range, TWT modeling, discrete approach, миллиметровый диапазон, resonator axially-symmetric slow-wave structures, pезонаторные аксиально-симметричные замедляющие системы, программный пакет HFSS