共焦波導(dǎo)回旋行波放大器的模擬研究.pdf

1、毫米波頻率范圍是從30到300GHz，具有波長短和頻率寬等特點。近年來由于頻譜資源的日益緊張，迫使各國不得不向高頻段發(fā)展，因此毫米波備受青睞，各類毫米波器件也相繼問世。在毫米波器件中回旋行波管的發(fā)展相對于其他器件的發(fā)展要滯后些，但是他具有工作帶寬寬，輸出功率高等特點，可以滿足現(xiàn)代軍用及民用對功率放大器的需求，所以近年來毫米波回旋行波放大器成為研究熱點。
　　隨著電子真空器件工作頻率的升高，將會帶來一系列的問題抑制器件的發(fā)展，比如尺

2、寸共度效應(yīng)，功率容量問題等，由于工作頻率高，導(dǎo)致器件的結(jié)構(gòu)小，進而導(dǎo)致器件的功率容量小，以及加工制作難等問題。為了解決互作用腔的功率容量等問題一般選擇高次模式作為器件的工作模式，但是這樣會使得模式競爭更加激烈，導(dǎo)致回旋管很難得到穩(wěn)定的輸出，這也是制約毫米波回旋行波管發(fā)展的主要因素，對此業(yè)界也提出了一些抑制模式競爭的方法來讓行波管處于穩(wěn)定狀態(tài)：如在傳統(tǒng)圓波導(dǎo)中添加衰減材料抑制模式競爭，但是這存在加工難以及散熱等問題；利用光子晶體的特殊性來

3、抑制模式競爭；利用共焦波導(dǎo)結(jié)構(gòu)特點，來抑制模式競爭，他是一種開放式互作用腔，可通過開放的兩側(cè)對競爭模式衍射損耗，達到抑制模式競爭的目的。
　　回旋行波管是以電子回旋脈塞效應(yīng)為基礎(chǔ)的高功率電子真空器件，在互作用腔中進行能量交換實現(xiàn)對電磁波的放大。本文采用共焦波導(dǎo)作為回旋管行波管的互作用腔，研究分析了共焦波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、高斯場的分布、衍射損耗、模式競爭、回旋管的返波振蕩引起的不穩(wěn)定和絕對不穩(wěn)定性和等問題。
　　具體的工作如下：<

4、br>　　1、首先簡單介紹了毫米波回旋行波管的發(fā)展現(xiàn)狀和制約其發(fā)展的原因；根據(jù)回旋行波管的工作原理深入研究共焦波導(dǎo)中高斯波束，分析推導(dǎo)高斯波束電磁場分布方程；分析了回旋行波管的穩(wěn)定性，給出了起振電流計算公式和返波抑制的方法。為共焦波導(dǎo)回旋行波管的研究模擬奠定基礎(chǔ)。
　　2、分析共焦波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計和衍射損耗特性。設(shè)計140GHz共焦波導(dǎo)回旋行波放大器。研究了他的穩(wěn)定性和返波振蕩特性，并且設(shè)計出抑制返波振蕩的結(jié)構(gòu)。利用粒子模擬軟件對其進

5、行數(shù)值模擬，通過模擬不斷優(yōu)化電參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終得到具有穩(wěn)定輸出的140GHz回旋行波放大器，輸出峰值功率為6.87kw，效率為9.03％，1dB帶寬2.3GHz。
　　3、在設(shè)計140GHz回旋管的基礎(chǔ)，設(shè)計了一款220GHz共焦波導(dǎo)回旋行波放大器，重點分析了回旋行波管的起振電流和返波振蕩抑制方法。通過粒子模擬軟件對其進行數(shù)值仿真，不斷的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)，最終得到具有穩(wěn)定輸出的220GHz共焦波導(dǎo)回旋行波放大器，輸出峰值