【摘 要】
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太赫兹频段处于微波和红外之间,具有诸多优势,特别是随着近年来太赫兹技术的发展,在通讯、生物医学、军事、航空航天和天文观测等领域都拥有巨大的发展前景。但是由于多种技术原因,尤其是缺少功率适中、性能稳定可靠的太赫兹源,这无疑是大大限制了太赫兹技术应用的推广。因此,寻找更大功率、频带更宽的太赫兹源成了国内外研究机构研究的重点。随着行波管的工作频率进入太赫兹频段,由于尺寸共渡效应的影响,慢波结构的尺寸变得
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太赫兹频段处于微波和红外之间,具有诸多优势,特别是随着近年来太赫兹技术的发展,在通讯、生物医学、军事、航空航天和天文观测等领域都拥有巨大的发展前景。但是由于多种技术原因,尤其是缺少功率适中、性能稳定可靠的太赫兹源,这无疑是大大限制了太赫兹技术应用的推广。因此,寻找更大功率、频带更宽的太赫兹源成了国内外研究机构研究的重点。随着行波管的工作频率进入太赫兹频段,由于尺寸共渡效应的影响,慢波结构的尺寸变得很小,传统的螺旋线行波管以及耦合腔行波管由于存在加工、带宽、散热等问题,已经难以满足要求。近年来折叠波导慢波结构的提出,使研制太赫兹波段的行波管成为了可能,此结构具有频带宽、色散特性平坦、较小的高频损耗、加工方便等独特优点,受到国内外的密切关注,被广泛应用于太赫兹领域。本文主要对D波段的折叠波导行波管进行研究,工作频段属于太赫兹波段。目标是设计并加工出一只工作频率为152～165GHz,输出功率大于10W的行波管。本文的主要工作内容为:1、首先采用等效电路的方法,对折叠波导行波管的慢波结构理论推导,之后使用HFSS软件研究慢波结构的各个结构参数对高频特性的影响。2、利用FWGTWT软件对行波管进行注波互作用的仿真。通过仿真结果以及高频特性的研究,设计了一套优化流程。仿真结果显示工作频率为152～165GHz,最大输出功率为26.02W;最大增益为48.04dB,对应的输出功率为19.08W;最小增益为28.02dB,对应的输出功率为25.3W。最后使用CST对此慢波结构进行了仿真验证,证明方案的可行性。3、使用HFSS软件仿真和优化与慢波结构匹配的传输系统,此系统包括输入输出窗、过渡波导、衰减器。输入输出窗结构为带有锥形的盒形窗,在工作频率内的电压驻波比小于1.2。过渡波导采用直线渐变的结构,电压驻波比小于1.03。衰减器仿真结果显示电压驻波比小于1.45。传输系统满足设计要求。4、对慢波结构和传输系统进行了加工并冷测,冷测结果到达预期。之后对行波管进行了装配、排气等步骤,进行了热测实验。实验结果显示工作频率为148～156GHz,最大输出功率为15.4W,最大增益为48.37dB。总结实验结果与仿真结果存在差异的原因,为后期制管提供经验。
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