在微波真空电子器件中,为了使电子注与高频场进行有效的相互作用,实现能量交换,可采用特殊的高频结构降低高频场的相速,使其略低于电子注的直流速度,使高频场与电子注同步,从而增加电子注与高频场相互作用时间,提高电子效率(将电子能量转化为高频场能量)。
慢波电路作为传播电磁波的传输系统,除了系统中的电磁波相速小于光速外,在选定的工作模式下,表征慢波电路的主要特性和参量有色散特性、耦合阻抗等。色散特性表示在慢波电路中传播的高频场相速随频率变化的关系。用于宽频带行波管的慢波电路,在工作频带内相速随频率的变化应尽量小,即色散较弱,这样才能在整个频带内保证电子注与高频场相速相同。耦合阻抗是表示电子注与高频场相互作用强弱的一个参量。耦合阻抗的量值越大,高频场与电子注的耦合越强,电子注与高频场之间的能量交换越充分。此外,在实际应用和生产中,还要求慢波电路机械强度高、散热性能好、结构简单和易于加工。
螺旋线慢波电路包括螺旋线、环杆线和环圈线等。螺旋线(图1)结构简单、色散弱,因而频带宽,但是散热能力差,工作电压高时易产生返波振荡。螺旋线多用于宽频带、中小功率行波管,工作带宽可达100%以上,连续波功率可达百瓦级,脉冲功率达千瓦级。环杆线(图2)是为了使螺旋线型电路有可能在大功率情况下工作而发展起来的。在环杆电路中,圆环与圆环之间的连接是杆(在环圈线中,圆环与圆环之间的连接是环圈)。环杆线同螺旋线相比,耦合阻抗高、散热能力强、机械强度好、不易发生返波振荡,但是色散较强。环杆线工作电压在10千伏以上,频带宽度为10%~20%,在L波段脉冲功率可达175千瓦,平均功率可达10千瓦。环圈线抑制返波振荡的性能较好,也已得到应用。
耦合腔慢波电路包括休斯电路(图3)、三叶草电路等。其特点是机械强度高、散热能力强,适用于大功率行波管,但频带宽度比较窄。采用休斯电路的行波管,脉冲功率在千瓦至几百千瓦,频带宽度约10%。脉冲功率在500千瓦以上的行波管,多采用三叶草电路。此外,行波管中采用的慢波电路还有梳型结构(图4)、交叉指型慢波线(亦用于O型返波管)、曲折线和卡普线等。