相對論帶狀束毫米波器件的研究.pdf

1、高功率電真空器件是一類很有前景的微波源，在軍用和民用領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用潛力，其中的相對論返波管（RBWO）和相對論行波管（RTWT）是最常見、用途較多的兩類管種。提高高功率微波源的輸出功率和輸出頻率是這類器件的一個重要發(fā)展方向，而使用帶狀電子束是提高微波功率和頻率的一種值得探索的方法，因此對帶狀電子束RBWO和RTWT的研究是很有價值的。
　　本文將依次闡述和解決設(shè)計帶狀電子束器件時所遇到的難題，最后證明帶狀電子束確實有利于實現(xiàn)更

2、高功率、尤其是更高頻率的微波輸出。論文的重要工作和創(chuàng)新點有：
　　1.針對矩形單柵、矩形對稱雙柵和具有任意錯位的交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)，進行了統(tǒng)一的研究并得到它們的通用色散方程，對該方程進行了驗證；針對適用于帶狀束RBWO和RTWT的大寬度矩形柵結(jié)構(gòu)，給出了新的理論求解思路，得到了三種矩形柵結(jié)構(gòu)的通用色散方程，該方程適用于分析大寬度矩形柵中的低次模式。
　　2.針對矩形對稱雙柵帶狀束RBWO，提出了一種新型諧振反射器，采用上移陰極

3、的方法既解決了矩形對稱雙柵基膜為反對稱模的問題，還有利于提高輸出功率，最后成功研制出一支Ka波段帶狀束RBWO。實驗中獲得頻率為31.1GHz、功率為46.8MW的微波輸出。
　　3.針對矩形單柵帶狀束RTWT，提出了E面彎曲輸入結(jié)構(gòu)，解決了電子注通道對微波不截止的難題；提出了新型的波導與慢波結(jié)構(gòu)之間的漸變結(jié)構(gòu)，設(shè)計出可行的連接規(guī)則波導和大寬度波導的過渡結(jié)構(gòu)，有效地抑制了自激振蕩和高次模式的產(chǎn)生；在實驗中提出了調(diào)節(jié)電子束和輸入信號

4、之間同步的方法，最終成功研制出一支Ka波段帶狀束RTWT，在35GHz處獲得了1.21MW的輸出。
　　4.為了進一步提高帶狀束 RTWT的輸出功率，提出了兩段式帶狀束 RTWT的概念；提出了實際可行的衰減器實現(xiàn)方案，并結(jié)合實際的參數(shù)仿真設(shè)計出衰減器，解決了電子注通道處微波不截止從而不能使用切斷結(jié)構(gòu)的問題。最終成功模擬設(shè)計出一支兩段式Ka波段帶狀束RTWT，當輸入功率為11kW時，在35GHz處獲得19.5MW的輸出功率，對應(yīng)增益

5、為32.5dB，效率為15.6％。
　　5.為了解決電真空器件在太赫茲（THz）頻段由于結(jié)構(gòu)尺寸小、電流密度大以及空間電荷效應(yīng)強，從而很難獲得大功率微波輸出的難題，提出了兩段雙注式帶狀束RTWT的概念，有利于實現(xiàn)大功率太赫茲輻射；提出了使用分支波導能量耦合器的方法，解決了將微波從第一個大寬度慢波系統(tǒng)輸入到第二個大寬度慢波系統(tǒng)的難題；最后成功模擬設(shè)計出一支220GHz帶狀束RTWT，獲得超過70MW的輸出。
　　6.針對分支波