【摘 要】
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回旋行波管作为高功率微波辐射源,在民用、军事领域等领域发挥着重要作用。回旋行波管不断向高频率方向研究和发展,220 GHz是一个重要的大气窗口,也是毫米波到太赫兹的过渡频段,具有着重要的研究意义。在短毫米波及太赫兹频段,高阶工作模式是回旋行波管的一个研究方向,但存在的众多竞争模式会使回旋行波管更加难以稳定工作。本文研究了220 GHz以高阶模式TE32为工作模式的非周期性介质加载回旋行波管,其具有
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回旋行波管作为高功率微波辐射源,在民用、军事领域等领域发挥着重要作用。回旋行波管不断向高频率方向研究和发展,220 GHz是一个重要的大气窗口,也是毫米波到太赫兹的过渡频段,具有着重要的研究意义。在短毫米波及太赫兹频段,高阶工作模式是回旋行波管的一个研究方向,但存在的众多竞争模式会使回旋行波管更加难以稳定工作。本文研究了220 GHz以高阶模式TE32为工作模式的非周期性介质加载回旋行波管,其具有稳定的高增益带宽高功率性能输出,可为今后太赫兹回旋行波管的研究提供参考,并提出了一种输入耦合器来激励TE32模式。全文主要研究内容如下:1)根据线性理论编制程序设计了220 GHz回旋行波管的工作参数和结构尺寸。对回旋放大竞争模式、耦合系数、工作模式起振电流等进行理论分析和仿真研究,设计回旋行波管工作模式、切点磁场、波导半径、电子注引导中心半径等结构参数及回旋行波管注波互作用所需的电子注横纵速度、工作电压、工作电流等工作参数。理论分析高频结构的光滑段结构阈值、加载介质层等初始结构参数,抑制竞争模式,消除高频结构内的返波振荡。2)探索研究了集中式及分布式介质加载高频结构,实现了非均匀磁场及非周期性介质加载高频结构。仿真结果表明:在工作电压为60 k V、注电流为1.65 A的条件下,215 GHz处有最大饱和增益70 d B,对应的饱和输出功率为20 k W;220 GHz处饱和输出功率为17.2 k W,对应的饱和输入功率为4 m W,饱和增益为66.3 d B。3)设计了一款TE32输入耦合器。该输入耦合器的工作模式传输系数-3 d B的频率范围为207.9～227.5 GHz,传输系数-2 d B的频率范围为209.3～224.8 GHz,反射系数在207～228 GHz频率范围内低于-12 d B。
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