W波段多注交错双栅行波放大器的高频特性

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1、2015年1O月北京航空航天大学学报0ctober2O15第41卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVo1．41No．10http：∥bhxb．buaa．edu．(31'1jbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0074W波段多注交错双栅行波放大器的高频特性张慕武，阮存军(1．中国科学院电子学研究所，北京100190；2．中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京1000493．北京航空航天大学

2、电子信息工程学院，北京100191)摘要：提出了一种采用平面线性排列的3个圆形电子注代替平面带状电子注的W波段交错双栅行波放大器微型化慢波高频结构，并重点对其行波传输特性和输入输出耦合特性进行了仿真设计和参数优化．结果表明，这种平面微型化高频结构的行波传输色散特性良好且有很大的工作带宽，所产生的强轴向电场分布非常有利于电子注与高频场的能量交换和相互作用．在保证平面微型结构中圆形注通道直径和带状注通道高度相同的情况下，得到的耦合阻抗是带状注交错双栅慢波高频系统2～3倍，为行波放大器高效率的注波互作用和高功率输出提供了新的研究思路．为了与

3、该交错双栅高频系统相匹配，提出了一种更为简单易行的输入与输出耦合结构，仅采用三周期渐变过渡段就可以实现反射系数s在较宽频带内低于一20dB的良好结果，更有利于行波放大器未来的工程实现与应用．关键词：w波段；交错双栅；多电子注；行波放大器；耦合结构中图分类号：0441．3文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)10-1887-07行波放大器是一种对微波和毫米波进行放大化结构及其加工技术瓶颈等问题在一定程度上得并产生大功率相干辐射的传统真空电子器件，主到解决．众所周知，现代微加工技术往往是基于二要利用在真空中运动的强流电子注

4、与慢波高频系维的平面加工技术，很难制作出圆柱轴对称结统中的行波电磁场相互作用，把电子注动能逐步构的螺旋线、耦合腔等传统高频慢波结构．为了适转化为电磁波能量，从而实现对电磁场高频信号应平面化微结构加工技术，折叠波导、单矩形栅、的放大与应用⋯．行波放大器具有宽频带、高效交错双栅等新型平面慢波结构被提出并逐步率和高功率等技术优势，在电子对抗、卫星通信、成为了本领域前沿热点研究工作．在这些微型化雷达成像等领域得到了广泛的应用。．但是，随平面慢波高频系统中，折叠波导有着宽频带和良着电磁频谱向毫米波和太赫兹等高频段发展，由好的阻抗匹配等特点，但其

5、功率容量较小，难以产于器件几何结构尺寸与频率的共渡性效应，所需生高功率输出；单矩形栅结构功率容量大，易于加的高频结构必须向微型化和高精度化发展．为此，工，但其应用受限于窄带宽；交错双栅结构最大特传统的轴对称加工技术已无法满足这类高频段微点在于它既有宽频带，又有着很大的功率容量，相型化器件尺寸及其精度的要求．近年来，随着现代比较而言在高功率宽频带行波管研究领域已得到平面微加工方法与技术的蓬勃发展与交叉融合，了广泛重视．交错双栅结构是在传统对称双栅的有望使得阻碍真空电子器件向高频段发展的微型基础上，通过上下两排矩形栅结构的半周期错位，收稿

6、日期：2015-02-04；录用日期：2015~3．13；网络出版时间：2015-04。2117：24网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150421．1724．001html基金项目：国家自然科学基金(61222110)作者简介：张慕武(199O一)，男，江西上饶人，硕士研究生．zhangmuwu@126．corn通讯作者：阮存军(1974一)，男，研究员，ruaneunjun@buaa．edu．cn，主要研究方向为微波、毫米波与太赫兹电子学；f用格式：张慕武，阮存军．波段多注交错

7、双栅行波放大器的高频特性fJJ．北京航空航天大学学报，2015，4J(1O)：1887．1893．Zh”gMⅣ，RuanCJ·HighfrequeYcharacteristicsforW—bandI1】uhlplebeamstaggereddouble．vanecfavclingwavetubep1i一[ierEJ]．JournalofBeringUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(10)：1887．1893f抽Chinese)．第10期张慕武，等：w波段多注交错双栅行波放大器

8、的高频特性1889向截止频率，随着栅高h的增加，纵向截止频率下幅度更大，如图2(e)所示；对于电子注通道边缘降，如图2(d)所示，这也导致高频部分归一化相之间的距离d和横向宽度z一样，仅仅影响着结速下降而低频部分的归一化