毫米波擴(kuò)展互作用器件理論研究.pdf

1、擴(kuò)展互作用器件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，在毫米波及更高的太赫茲頻段上可實(shí)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(diǎn)和優(yōu)勢，對于毫米波及太赫茲技術(shù)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(kuò)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(yùn)動學(xué)角度出發(fā)，在小信號條件下分析了擴(kuò)展互作用器件中的物理過程，研究了擴(kuò)展互作用腔的耦合系數(shù)和電子電導(dǎo)

2、等特性，分析了擴(kuò)展互作用結(jié)構(gòu)在高頻段應(yīng)用的優(yōu)勢，擴(kuò)展互作用腔體同時(shí)具有諧振腔與慢波線的特點(diǎn)，增加了特性阻抗和耦合系數(shù)，提高了互作用效率，同時(shí)也增大了功率容量，擴(kuò)展互作用結(jié)構(gòu)可對電子注進(jìn)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(gòu)緊湊。
　　計(jì)算機(jī)模擬在電真空器件的設(shè)計(jì)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(jì)算時(shí)間通常需要數(shù)十、上百個小時(shí)，對器件的研發(fā)設(shè)計(jì)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(kuò)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(jìn)行計(jì)算，能夠十分迅速地模擬注波互作用過程。在相同計(jì)算機(jī)硬件條件下，非線性程序計(jì)算時(shí)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(shí)間，在參數(shù)優(yōu)化和器件設(shè)計(jì)方面具有較大的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文對35GHz矩形結(jié)構(gòu)EIO、35GHz矩形結(jié)構(gòu)EIK、220GHz矩形結(jié)構(gòu)EIK進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，分析了不同間隙數(shù)

4、情況下擴(kuò)展互作用器件的特性、擴(kuò)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(kuò)展互作用器件在大功率應(yīng)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(yàn)證，提出了一套適用于擴(kuò)展互作用器件的分析與研發(fā)方法。
　　提出了一種徑向擴(kuò)展互作用結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的擴(kuò)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(yīng)用方面該種新結(jié)構(gòu)具有很大的研究價(jià)值與前景。本文對徑向擴(kuò)展互作用振蕩器模型進(jìn)行