【摘 要】
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随着太赫兹技术的不断发展和应用,迫切需求性能指标更加优越的太赫兹辐射源。相比固态器件,真空电子辐射源器件是推动太赫兹技术实现更好应用的有效办法。扩展互作用速调管放大器结合了速调管和行波管的优点,以其独特的多间隙腔体优势,能够实现高功率、高增益以及宽带宽,一直以来都是太赫兹真空电子器件领域研究的热点。本文采用传统梯形线与梯形亚波长孔阵列相结合的复合结构作为高频系统来设计太赫兹频段的扩展互作用放大器（
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随着太赫兹技术的不断发展和应用,迫切需求性能指标更加优越的太赫兹辐射源。相比固态器件,真空电子辐射源器件是推动太赫兹技术实现更好应用的有效办法。扩展互作用速调管放大器结合了速调管和行波管的优点,以其独特的多间隙腔体优势,能够实现高功率、高增益以及宽带宽,一直以来都是太赫兹真空电子器件领域研究的热点。本文采用传统梯形线与梯形亚波长孔阵列相结合的复合结构作为高频系统来设计太赫兹频段的扩展互作用放大器（EIA）,具体工作内容如下:（1）研究了梯形线与亚波长孔相结合的EIA高频系统电磁特性。仿真发现当梯形亚波长孔的长底边与谐振腔宽边等比例时,特性阻抗最优;通过分析长底宽边等比例单周期梯形亚波长孔谐振腔的电场分布特性,优选了TM31-2π作为工作模式;模拟分析了亚波长孔、谐振腔等结构参量的变化对色散特性和耦合特性的影响;研究了中间腔为5间隙情况下EIA中的模式竞争问题,以及TM31-2π模式的矩形与梯形两种亚波长孔输入输出腔太赫兹波耦合特性。（2）结合行波管的优势,提出了一种带状注梯形线—矩形亚波长孔耦合腔链的新型高频结构,初步研究发现该结构特性阻抗和模式频率间隔都很大,有望实现更高的增益和更宽的频带。（3）建立了矩形亚波长孔为输入输出腔、梯形亚波长孔为中间腔的复合EIA三维模型并进行了PIC仿真。EIA采用五腔结构,对工作参数、参差调谐参量、漂移管长度等进行了分析和选择。通过PIC仿真得到EIA的输出性能:当输入信号频率为230.82GHz时,输出功率为75W,增益为35.74d B,-3d B带宽为850MHz。分析了影响带宽的主要因素,提出了增加中间腔数目、改变参差调谐参量以及改用梯形亚波长孔输入输出腔的优化思路。（4）通过仿真模拟优化了太赫兹EIA的性能。在EIA输入输出腔仍采用矩形亚波长孔时,将中间三腔增加为四腔,通过参差调谐,仿真得到EIA的输出性能为:当输入信号频率为230.92GHz,得到输出功率为104.42W,增益为37.17d B,-3d B带宽接近1.1GHz,效率为2.38%。在输入输出腔采用梯形亚波长孔时,保持中间腔为三腔,通过优化参差调谐参量,得到EIA的模拟结果为:当输入信号频率为230.6GHz,输出功率为124.06W,增益为37.92d B,-3d B带宽超过1.1GHz,效率为2.81%。虽然两种结构均获得了较高的增益和较宽的带宽,但是输入输出腔为梯形亚波长孔结构的EIA的性能略高于矩形亚波长孔结构。
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