Влияние геометрической формы проводника спирали на электродинамические характеристики спиральной замедляющей системы

Устройство спиральной ЛБВ
Рис. 1. Схема устройства спиральной ЛБВ

Спиральные замедляющие системы
Рис. 2. Модели спиральных замедляющих систем с прямоугольным (а) и эллиптическим (б) сечениями проводника спирали
(а)
(б)

Метод конечных элементов
Рис. 3. Тетраэдр и разбиение трехмерного пространства в волноводе на тетраэдры
Методика расчета основных характеристик замедляющих систем
Рассматриваем один период замедляющей структуры с периодическими граничными условиями в поперечных плоскостях с заданным сдвигом фазы на период ϕ. Далее решается задача на собственные значения (определяется собственная частота f0, соответствующая заданному сдвигу фазы)
где β - фазовая постоянная, k – волновое число, c – скорость света, h – период системы
- сопротивление связи
- волновое уравнение

Результаты численного моделирования спиральной ЗС
ellipse
rectangle
Рис. 4. Зависимости коэффициента замедления от частоты для двух значений шага спирали h.
Красная (h=1,16 мм) и оранжевая (h=1,24 мм) линии соответствуют модели с эллиптическим сечением проводника спирали; зеленая (h=1,16 мм) и фиолетовая (h=1,24 мм) линии – модели с прямоугольным сечением в CST Studio Suite; синяя (h=1,16 мм) и бирюзовая (h=1,24 мм) – модели с прямоугольным сечением в Ansoft HFSS; фиолетовая (h=1,16 мм) и коричневая (h=1,16 мм) линии - данные экспериментальных исследований.

Рис. 5. Зависимости сопротивления связи на оси спирали от частоты f для моделей с прямоугольным (кривая 1) и эллиптическим (кривая 2) сечениями проводника спирали.

Рис. 6. Зависимости сопротивления связи на поверхности спирали от частоты f для моделей с прямоугольным (кривая 1) и эллиптическим (кривая 2) сечениями проводника спирали.

Рис. 7. Зависимости амплитуды напряженности электрического поля на оси спирали от частоты f для моделей с прямоугольным (кривая 1) и эллиптическим (кривая 2) сечениями проводника спирали.

Рис. 8. Зависимости амплитуды напряженности электрического поля на поверхности спирали от частоты f для моделей с прямоугольным (кривая 1) и эллиптическим (кривая 2) сечениями проводника спирали.