220GHz擴展互作用速調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、高可靠性等獨特的優(yōu)點，當工作頻率到太赫茲頻段，擴展互作用速調管是最好的選擇之一。因為擴展互作用諧振腔采用多間隙耦合腔結構，能夠解決傳統(tǒng)單間隙速調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展互作用速調管的發(fā)展和特點，對國內外擴展互作用速調管的發(fā)展現(xiàn)狀進行了總結和綜述。介紹了速調管的工作原理，對群聚理論和速

2、調管耦合系數進行了推導，從等效電路的角度對諧振腔進行了分析，推導了諧振腔的等效電納和特性阻抗表達式，并對多次互作用諧振腔和擴展互作用諧振腔的等效參量進行了分析。闡述了空間電荷波理論，并在這個前提下，結合等效電路的理論，對多腔速調管小信號增益進行了推導，并得到四腔速調管的增益表達式。
　　在高頻結構設計中，對諧振腔結構、工作模式和周期以及部分結構參數進行了分析和確定，選擇矩形梯形慢波結構作為諧振腔結構、2π模為工作模式。對高頻結構進

3、行了小信號理論下的仿真計算，在電子注直流電壓16.5 kV，電流30 mA的條件下進行粒子模擬得到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。計算了高頻結構各諧振腔的參數，基于小信號理論編程對四腔速調管增益進行計算，得到了最大增益為21.45 dB的結果，與仿真結果比較吻合。在小信號下，改變部分參數，得最大增益的變化曲線。基于變化趨勢，設計了一個大信號下的模型，在電