毫米波擴展互作用器件慢波諧振系統(tǒng)的研究.pdf

1、毫米波是頻率范圍為30GHz~300GHz范圍內(nèi)的電磁波，介于微波、紅外、光波之間。因此兼有這幾個特點：第一，波束窄。第二，極寬的帶寬。第三，毫米波器件的尺寸較微波器件而言要小很多。第四，相比激光來說，它的傳播特性受氣候的影響小，接近全天候特性。
　　擴展互作用器件(EID, Extended Interaction Devices)是在二十世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的，互作用機理介于行波管和速調(diào)管之間的毫米波真空電子器件，主要有擴展互

2、作用速調(diào)管(EIK, Extended Interaction Klystron)和擴展互作用振蕩器(EIO, Extended Interaction Oscillator)。與行波管和速調(diào)管相比，擴展互作用器件采用的慢波諧振系統(tǒng)兼顧了兩者的優(yōu)點，既可以獲得高增益和效率，又可以獲得足夠大的帶寬。
　　EID在毫米波、亞毫米波頻段有非常大的發(fā)展的潛力，該器件具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、大帶寬、工作電壓低、輸出功率高等特點。目前國

3、際上一些國家在衛(wèi)星通訊、深空拓撲成像、氣候的觀測等一些項目上越來越多地采用了EID。
　　本文主要對毫米波段0.14THz帶狀注擴展互作用器件慢波諧振系統(tǒng)進行了初步研究。本文采用高頻電磁模擬軟件 CST(Computer Simulation Technology)和CHIPIC軟件分別對其進行了冷腔仿真和熱腔仿真，分析了慢波諧振系統(tǒng)的各結(jié)構(gòu)參數(shù)對其影響，得到一組較優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)值來構(gòu)建模型。然后基于前面構(gòu)建的模型，針對該慢波諧振系

4、統(tǒng)進行了色散曲線的仿真計算。在色散曲線與 PIC仿真的基礎(chǔ)上，對模式競爭進行了分析，選取了?模為工作模式，并給予了論證。最后PIC仿真結(jié)果表明在較低工作電壓18.2kV，工作電流0.5 A的條件下，該諧振系統(tǒng)的注波互作用效率可達到22％，工作模式為?模，輸出平均功率可達1.98kW，工作頻率為149.4GHz。并且在相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及相同電子注橫截面積與密度的條件下，對帶狀束EIO與柱形束EIO進行了比較，最終模擬輸出結(jié)果表明帶狀注EI