在THz（太赫茲）真空電子輻射源中,行波管因具有高功率容量、寬工作帶寬等優(yōu)勢,近年來成為輻射源的優(yōu)先選擇。在眾多行波管中,交錯雙柵行波管因其具有的天然帶狀電子注通道和簡單的二維全金屬結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢在業(yè)內(nèi)受到廣泛關注。交錯雙柵行波管工作在THz頻段時,由于尺寸共渡效應、加工工藝以及導體損耗等因素的影響,會出現(xiàn)功率大幅降低、結(jié)構(gòu)形變等問題,且加工實現(xiàn)困難。本文以太赫茲交錯雙柵行波管為研究對象,重點研究了加工方式及精度對交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)的性能影響、慢波結(jié)構(gòu)中的高導體損耗、太赫茲波段輸出窗的快速算法設計以及行波管輸出功率提升等關鍵問題,主要研究內(nèi)容分為五部分,主要工作和創(chuàng)新點如下。1、為了降低實際加工方式及精度對交錯雙柵行波管的性能影響,提出了340GHz倒圓角交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu),并對慢波傳輸和注波互作用特性進行研究。在模擬研究基礎上,對倒圓角交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)進行加工與冷測實驗,冷測實驗結(jié)果表明,高頻結(jié)構(gòu)的電壓駐波比在335GHz到344GHz范圍內(nèi)均小于2,與模擬結(jié)果趨勢基本一致。此外,針對適用于340GHz倒圓角交錯雙柵行波管的電子光學系統(tǒng)和金剛石盒型窗開展了理論研究,并對盒型窗進行實驗工作,實... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

行波管結(jié)構(gòu)模型框架圖[16]

電子科技大學博士學位論文2一般選擇圓形電子注進行能量交換，而余下幾種類型則通常采用帶狀電子注進行能量交換。需要注意到，折疊波導型行波管由于其結(jié)構(gòu)存在多種不同變形結(jié)構(gòu)，可采用圓形電子注或者帶狀電子注進行能量交換[23-25]。當器件的工作頻率升至THz頻段時，急劇減小的結(jié)構(gòu)尺寸導致所能提供的電子注尺寸減小，這也意味著結(jié)構(gòu)的輸出功率將大幅降低。為了改善結(jié)構(gòu)的功率水平，可以選擇帶狀電子注代替圓形電子注，以在相同的電子注通道結(jié)構(gòu)尺寸情況下獲得相對更大的電流，從而提高結(jié)構(gòu)的輸出功率[26-28]。1.2交錯雙柵型行波管在適合帶狀電子注工作的結(jié)構(gòu)中，交錯雙柵結(jié)構(gòu)和正弦波導型結(jié)構(gòu)均為二維全金屬平面結(jié)構(gòu)，且均具有天然的適合帶狀電子注工作的電子注通道，在帶狀電子注器件的應用上具有較大的優(yōu)勢。由文獻[21]中所提出的關于正弦波導型慢波結(jié)構(gòu)的概念可知，正弦波導型結(jié)構(gòu)由交錯雙柵結(jié)構(gòu)變形而得。因此本論文主要基于交錯雙柵結(jié)構(gòu)對該類型的行波管開展一系列的研究工作。1.2.1交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)由于其所具備的低歐姆損耗、高功率容量以及寬工作帶寬等優(yōu)勢，近些年來受到了較多的關注。1.2.1.1常規(guī)交錯雙柵結(jié)構(gòu)的研究進展圖1-2半周期交錯型金屬柵結(jié)構(gòu)基模的縱向電場矢量與標量圖[29]Young-MinShin和LarryR.Barnet等人在2008年首次提出半周期交錯型雙柵慢波結(jié)構(gòu)工作在基模時具有對稱性較好的TE模式，且在中間位置處的電子注通道內(nèi)電場縱向分量較為明顯，可以有效地放大電磁信號，如圖1-2所示[29]。最終通過PIC計算，在0.20-0.28THz頻率范圍內(nèi)輸出功率均大于100W，對應效率超過

電子科技大學博士學位論文41.2.1.2交錯雙柵變形結(jié)構(gòu)的研究進展為了提高交錯柵結(jié)構(gòu)的功率水平，國內(nèi)外學者基于交錯柵的結(jié)構(gòu)改進與變形等方面開展了一系列研究工作。2012年，賴劍強等人針對無需大功率的場合提出了一種可采用圓形電子注進行注波互作用的交錯雙柵變形結(jié)構(gòu)，如圖1-4所示[38]，注波互作用結(jié)果顯示該變形結(jié)構(gòu)可在88GHz到103GHz范圍內(nèi)實現(xiàn)輸出功率的峰值高于200W。此外，針對該變形結(jié)構(gòu)相對較低效率的問題，將一種理論方法（虛邊界元法）應用到降壓收集極的模擬計算中，實現(xiàn)了精度高、計算速度快的收集極模擬設計工作[39]。圖1-4采用圓形注的交錯雙柵變形結(jié)構(gòu)[38]圖1-5T形交錯柵結(jié)構(gòu)的三維模型[40]2014年，王彥帥等人提出了一種T形改進型交錯柵結(jié)構(gòu)以期增強結(jié)構(gòu)的軸向電場強度，如圖1-5所示[40]，模擬計算得到的140GHz頻段結(jié)構(gòu)色散特性呈現(xiàn)出較好的提升。2019年，楊光等人在此基礎上針對220GHz的T形交錯柵結(jié)構(gòu)進行了模擬計算，傳輸特性計算結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在213GHz到230GHz范圍內(nèi)S11小于-20dB[41]。2018年，文獻[42]中報道了一種類似的階梯型交錯柵結(jié)構(gòu)，如圖1-6所示[42]，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]W波段階梯型交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)行波管的研究[J]. 王海龍,石先寶,王戰(zhàn)亮,宮玉彬.  紅外與毫米波學報. 2018(06)
[2]磁控濺射金剛石微粉表面鍍鎳及其在電鍍金剛石線鋸上的應用[J]. 張一翔,沈志剛.  中國粉體技術. 2017(03)
[3]太赫茲行波管倍頻器用金剛石輸能窗研究[J]. 杜英華,丁明清,胡銀富,李莉莉,董芮彤,馮進軍.  真空電子技術. 2013(03)
[4]W波段帶狀注速調(diào)管電子光學及注波互作用系統(tǒng)[J]. 阮存軍,王樹忠,韓瑩,張小鋒,陳姝媛.  紅外與毫米波學報. 2012(06)
[5]A staggered double vane circuit for a W-band traveling-wave tube amplifier[J]. 賴劍強,魏彥玉,劉洋,黃民智,唐濤,王文祥,宮玉彬.  Chinese Physics B. 2012(06)
[6]CVD金剛石薄膜金屬化及其與金屬的焊接研究[J]. 李新宇,高隴橋,劉征,郭輝.  真空電子技術. 2010(04)
[7]太赫茲波譜與成像[J]. 張存林,牧凱軍.  激光與光電子學進展. 2010(02)
[8]太赫茲科學技術及其應用的新發(fā)展[J]. 劉盛綱,鐘任斌.  電子科技大學學報. 2009(05)
[9]磁控濺射鍍膜技術的發(fā)展[J]. 余東海,王成勇,成曉玲,宋月賢.  真空. 2009(02)
[10]微顆粒表面磁控濺射鍍金屬膜[J]. 俞曉正,徐政,沈志剛.  過程工程學報. 2006(S2)

博士論文
[1]新型正弦波導太赫茲慢波結(jié)構(gòu)和器件的研究[D]. 張魯奇.電子科技大學 2017
[2]交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)的應用研究[D]. 賴劍強.電子科技大學 2012
[3]正弦波導及其應用的研究[D]. 許雄.電子科技大學 2012
[4]Ka波段回旋放大器及W波段帶狀束電子光學系統(tǒng)的研究[D]. 王建勛.電子科技大學 2010

碩士論文
[1]微波輸能窗理論與設計[D]. 張剛.電子科技大學 2015
[2]毫米波全固態(tài)集成接收前端的研制[D]. 楊輝.電子科技大學 2008
[3]波導不連續(xù)性的模式匹配法分析[D]. 趙偉.西安電子科技大學 2008



本文編號：3600154