220GHz擴(kuò)展互作用速調(diào)管的理論和模擬研究.pdf

1、太赫茲波位于紅外波與毫米波之間，速調(diào)管在微波電子管中占有重要的地位，具有高增益、大功率、高可靠性等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)工作頻率到太赫茲頻段，擴(kuò)展互作用速調(diào)管是最好的選擇之一。因?yàn)閿U(kuò)展互作用諧振腔采用多間隙耦合腔結(jié)構(gòu)，能夠解決傳統(tǒng)單間隙速調(diào)管在高頻率工作時候存在的高頻損耗和高頻擊穿等問題。
　　本文主要介紹了太赫茲器件和擴(kuò)展互作用速調(diào)管的發(fā)展和特點(diǎn)，對國內(nèi)外擴(kuò)展互作用速調(diào)管的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)和綜述。介紹了速調(diào)管的工作原理，對群聚理論和速

2、調(diào)管耦合系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)，從等效電路的角度對諧振腔進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了諧振腔的等效電納和特性阻抗表達(dá)式，并對多次互作用諧振腔和擴(kuò)展互作用諧振腔的等效參量進(jìn)行了分析。闡述了空間電荷波理論，并在這個前提下，結(jié)合等效電路的理論，對多腔速調(diào)管小信號增益進(jìn)行了推導(dǎo)，并得到四腔速調(diào)管的增益表達(dá)式。
　　在高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對諧振腔結(jié)構(gòu)、工作模式和周期以及部分結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析和確定，選擇矩形梯形慢波結(jié)構(gòu)作為諧振腔結(jié)構(gòu)、2π模為工作模式。對高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)

3、行了小信號理論下的仿真計(jì)算，在電子注直流電壓16.5 kV，電流30 mA的條件下進(jìn)行粒子模擬得到4.5 W功率輸出，頻率為214.66 GHz，增益為23.5 dB，電子效率為0.9％，3dB帶寬234 MHz。計(jì)算了高頻結(jié)構(gòu)各諧振腔的參數(shù)，基于小信號理論編程對四腔速調(diào)管增益進(jìn)行計(jì)算，得到了最大增益為21.45 dB的結(jié)果，與仿真結(jié)果比較吻合。在小信號下，改變部分參數(shù)，得最大增益的變化曲線。基于變化趨勢，設(shè)計(jì)了一個大信號下的模型，在電