正弦波導及其應用的研究.pdf

1、毫米波及太赫茲波段的電磁頻譜開發(fā)是當今電子學領域的熱點課題，它們在軍事裝備、科學研究、國民經(jīng)濟等多個領域具有非常重要的應用價值。真空電子技術作為一種重要的技術手段被用于開發(fā)這些波段的大功率電磁輻射源。行波管和返波管是其中兩種廣泛應用的大功率輻射源。隨著工作頻段的不斷提高，作為器件核心部件的慢波結構遇到了傳輸損耗大以及反射強兩大關鍵科學技術難題。在尋求解決方案的過程中，作者提出了一種新型的電磁結構：正弦波導。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，正弦波導具有損耗

2、低、反射弱的良好射頻傳輸特性。因此，將正弦波導作為一種慢波結構，可以顯著提高現(xiàn)有大功率輻射源的性能。同時，它在毫米波及太赫茲無源器件領域中也具有潛在的應用價值。
　　本論文主要是從慢波特性、射頻傳輸特性、注波互作用特性三個方面對正弦波導進行了深入的研究，并指出了可以將其應用于毫米波及太赫茲帶通濾波器、傳輸線、行波管和返波管中慢波結構的設計。
　　本論文的創(chuàng)新點主要包括以下五點：
　　1.提出了一種新型的電磁結構：正弦波

3、導。該結構具有寬頻帶、低傳輸損耗、弱反射、易加工等特點，適合作為毫米波及太赫茲波段的慢波結構。
　　2.理論預言并實驗驗證了正弦波導可作為一種毫米波及太赫茲傳輸線。W波段正弦波導傳輸線的測試結果顯示，其在全頻帶內的傳輸損耗約為0.048 dB/cm，與同波段標準矩形波導的性能相當。
　　3.提出了具有150W峰值功率水平的220 GHz頻段帶狀注正弦波導行波管的設計方案。在20.8 kV電壓和150 mA電流下，其在200～

4、240 GHz的頻帶內，具有34.7dB以上的增益，電子效率超過4.8％，最大峰值輸出功率為270 W。同時，還提出了具有1 kW峰值功率水平的W波段行波管的設計方案。設計了該器件所需要的新型集中衰減器和輸入輸出結構。在21.1 kV電壓和400 mA電流下，通過30～490 mW不等幅的信號激勵，可在90～98 GHz的頻帶內，均具有1 kW以上峰值功率輸出。
　　4.提出了具有瓦級峰值功率水平的220 GHz頻段圓形電子注正弦

5、波導返波管的設計方案。在10 mA電流下，當在17～26kV之間進行電壓調諧時，該返波管可在210～230 GHz的頻帶內產(chǎn)生2W以上的峰值功率輸出。同時，還提出了具有瓦級峰值功率水平的1 THz頻段帶狀注正弦波導返波管的設計方案。在19.4 kV電壓和5 mA電流下，其在995.6 GHz處具有1 W的峰值功率輸出。并且，為了方便功率的提取，提出可以利用矩形柵結構作為太赫茲返波管的反射器。
　　5.建立了關于正弦波導色散特性和小