为了促进毫米波技术的发展,我们急需一款稳定输出的毫米波-太赫兹辐射源。而扩展互作用速调管放大器同时具有一种高增益、高功率,且可以小型化的特性,因此一直是真空器件研究的一项重点。本文采用将亚波长孔阵列与传统梯形线电路相结合而形成的新型高频结构来设计EIA,具体工作如下:提出了基于传统梯形线-梯形亚波长孔阵列结构构建的谐振腔的扩展互作用速调管放大器。首先分析了传统梯形线-梯形亚波长孔阵列谐振腔单间隙场分布特性,确定其工作于TM31-2π模式时最符合我们设计EIA的需要。接着调节各个横向结构参数,包括谐振腔的宽和高、耦合腔的宽和高、亚波长孔的形状及大小等,探究这些参量对电场分布,色散特性,耦合特性的影响。由此得到结论:谐振腔高度h0对谐振频率的影响最大,而当耦合腔宽度hr增大时,谐振频率变化不大;而对于特性阻抗而言,谐振腔高度h0变化基本上对R/Q不产生影响,增加耦合腔宽度hr或者减小谐振腔宽度w都会使R/Q迅速增大。将传统梯形线-梯形亚波长孔阵列谐振腔调整至最佳性能后,把其作为本文EIA的中间腔,并对该结构是否具备对加工产生的不对称性具有容错能力进行了简要分析。同时根据此新型高频结构,令亚波长孔的横截面形状改为矩形,分别设计了工作于TM11-2π模式的输入输出腔和工作于TM31-2π模式的输入输出腔。选择工作于TM11-2π模式的输入输出腔设计EIA,设置谐振腔腔体壁导电率为5.8*10~7 S/m。将EIA设计为六腔体结构,对每个中间腔进行参差调谐,以获得更宽的带宽。调节工作参量,使EIA工作在最佳位置,最后调整电子注电压为14.8k V、工作电流大小为74 m A,且输入信号的功率大小为20 m W、频率为230.7 GHz,我们得到了工作于毫米波波段,增益为28.53 dB、输出功率为14.26 W、-3 dB带宽超过1.3 GHz的EIA。定义增益超过20 dB的带宽为工作带宽,则该EIA的工作带宽超过了2.7 GHz。由于上述EIA有两个谐振腔的谐振频率完全相同,导致当输入频率接近这两个腔的谐振频率时,对电子注的调制会过深,出现过群聚的现象,使EIA无法完全稳定。此外,电子注在上述EIA的输出腔的注波互作用效果不强。所以首先我们重新选择工作于TM31-2π模式的输入输出腔设计EIA,把电导率设为2.5*10~7 S/m,降低Q值,使腔体里的振荡减小。对每个中间腔进行参差调谐,调整EIA的工作参量,使其工作在最佳状态。在电子注电压为14.9 k V、电流大小为0.78 A,且输入功率大小为20 m W时,优化得到了工作于230.7 GHz,增益为44.69 dB、输出功率为589 W、效率为5.07%、-3 dB带宽超过1.1 GHz,工作性能出色的毫米波EIA。最后,我们通过调节输入输出腔的结构参数,调整漂移管长度,降低磁场为0.38 T,来降低电流到0.29 A,输入频率231 GHz、功率为20m W的信号,最终得到增益为35.05 dB、输出功率为64 W、-3 dB带宽超过1.1 GHz的EIA。