毫米波擴展互作用器件理論研究.pdf

1、擴展互作用器件體積小、重量輕、結(jié)構緊湊，在毫米波及更高的太赫茲頻段上可實現(xiàn)大功率輸出，相對于速調(diào)管、行波管、回旋管等器件有顯著的特點和優(yōu)勢，對于毫米波及太赫茲技術的發(fā)展具有重要意義。目前國內(nèi)對于微波毫米波電真空器件的研究主要集中在速調(diào)管、行波管和回旋管等器件方面，在擴展互作用器件方面開展的研究工作很少，存在很大的不足。
　　本文從運動學角度出發(fā)，在小信號條件下分析了擴展互作用器件中的物理過程，研究了擴展互作用腔的耦合系數(shù)和電子電導

2、等特性，分析了擴展互作用結(jié)構在高頻段應用的優(yōu)勢，擴展互作用腔體同時具有諧振腔與慢波線的特點，增加了特性阻抗和耦合系數(shù)，提高了互作用效率，同時也增大了功率容量，擴展互作用結(jié)構可對電子注進行有效的調(diào)制，顯著縮短了各個腔體之間漂移段的長度，器件結(jié)構緊湊。
　　計算機模擬在電真空器件的設計過程中起到的作用越來越重要，國內(nèi)外也有多種仿真軟件，但是計算時間通常需要數(shù)十、上百個小時，對器件的研發(fā)設計仍是一個極大的限制。本文基于一維模型，使用C+

3、+語言編制了擴展互作用振蕩器和放大器的非線性程序。將冷腔電磁仿真軟件得到的場分布代入非線性程序進行計算，能夠十分迅速地模擬注波互作用過程。在相同計算機硬件條件下，非線性程序計算時間約為PIC仿真軟件的千分之一。結(jié)合電磁仿真軟件，非線性程序顯著縮短了器件的研發(fā)時間，在參數(shù)優(yōu)化和器件設計方面具有較大的應用價值。
　　本文對35GHz矩形結(jié)構EIO、35GHz矩形結(jié)構EIK、220GHz矩形結(jié)構EIK進行了深入系統(tǒng)研究，分析了不同間隙數(shù)

4、情況下擴展互作用器件的特性、擴展互作用器件與傳統(tǒng)單間隙腔體器件的特性差異，發(fā)現(xiàn)擴展互作用器件在大功率應用上具有顯著的優(yōu)勢。結(jié)合小信號理論分析、非線性程序模擬和PIC仿真軟件驗證，提出了一套適用于擴展互作用器件的分析與研發(fā)方法。
　　提出了一種徑向擴展互作用結(jié)構，與傳統(tǒng)的擴展互作用器件相比具有較大的陰極面積，顯著提高了工作電流并降低了陰極電流密度。在大功率應用方面該種新結(jié)構具有很大的研究價值與前景。本文對徑向擴展互作用振蕩器模型進行