毫米波扩展互作用器件慢波谐振系统的分析

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2、库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要毫米波是频率范围为30GHz~300GHz范围内的电磁波，介于微波、红外、光波之间。因此兼有这几个特点：第一，波束窄。第二，极宽的带宽。第三，毫米波器件的尺寸较微波器件而言要小很多。第四，相比激光来说，它的传播特性受气候的影响小，接近全天候特性。扩展互作用器件(EID,ExtendedInteractionDevices)是在二十世纪六十年代发展起来的，互作用机理介于行波管和速调管之间的毫米波真空电子器件，主要

3、有扩展互作用速调管(EIK,ExtendedInteractionKlystron)和扩展互作用振荡器(EIO,ExtendedInteractionOscillator)。与行波管和速调管相比，扩展互作用器件采用的慢波谐振系统兼顾了两者的优点，既可以获得高增益和效率，又可以获得足够大的带宽。EID在毫米波、亚毫米波频段有非常大的发展的潜力，该器件具有结构紧凑、重量轻、体积小、大带宽、工作电压低、输出功率高等特点。目前国际上一些国家在卫星通讯、深空拓扑成像、气候的观测等一些项目上越来越多地采用了EID。本文主要对毫米波段0.14THz带状注扩展互作用器

4、件慢波谐振系统进行了初步研究。本文采用高频电磁模拟软件CST(ComputerSimulationTechnology)和CHIPIC软件分别对其进行了冷腔仿真和热腔仿真，分析了慢波谐振系统的各结构参数对其影响，得到一组较优的结构参数值来构建模型。然后基于前面构建的模型，针对该慢波谐振系统进行了色散曲线的仿真计算。在色散曲线与PIC仿真的基础上，对模式竞争进行了分析，选取了模为工作模式，并给予了论证。最后PIC仿真结果表明在较低工作电压18.2kV，工作电流0.5A的条件下，该谐振系统的注波互作用效率可达到22%，工作模式为模，输出平均功率可达1.

5、98kW，工作频率为149.4GHz。并且在相同的结构参数以及相同电子注横截面积与密度的条件下，对带状束EIO与柱形束EIO进行了比较，最终模拟输出结果表明带状注EIO比柱状注EIO有更高的输出功率和注波互作用效率。这是因为带状注横截面上的纵向电场更加均匀，导致电子受到的密度调制更加均匀、群居效果更好；另外，带状注的耦合阻抗更大。关键字：毫米波，EID，慢波谐振系统，色散曲线，工作模式IABSTRACTABSTRACTTheelectromagneticwavewithrangeof30GHz-300GHzismillimeterwave,whichi

6、samongmicrowave,infrared,lightwaves.Ithassomepeculiarities:first,narrowbeam;second,theverywidebandwidth;third,thesizeofthemillimeterwavedeviceisrelativelymuchsmallerthanmicrowavedevices;fourth,comparedwiththelaser,itspropagationcharacteristicsisinfluencedsmallybytheclimate,close

7、toall-weatherfeatures.Extendedinteractiondevices(EID)isakindofmillimeterwavevacuumelectronicsdevelopedinthe1960swithinteractionmechanismbaseontravelingwavetubeandklystron,whichmainlycontainsextendedinteractionklystronoscillator(EIK)andextendedinteraction(EIO).Comparedwithtraveli

8、ngwavetubeandklystron,extendedinteractiondevice