W波段大功率集成极靴式互作用结构研究

发布时间：2021-09-29 17:01

　　针对W波段大功率折叠波导行波管的技术难点,提出了一种一体式加工的集成极靴式互作用结构,该结构将直角型折叠波导嵌入到极靴中,实现注-波互作用结构与聚焦系统的集成,提高周期永磁系统的聚焦能力,再通过增加阴极发射的电子注电流,实现功率的提升。文中首先介绍了集成极靴式互作用结构,提供该结构中慢波结构的尺寸参数,计算其色散特性及耦合阻抗曲线,并设计了相应的磁聚焦系统。最终对互作用结构进行仿真模拟,在90～100 GHz频带内可获得高于700 W的饱和输出功率。带内饱和增益均小于20 dB,可有效防止自激振荡的产生,该互作用结构可广泛应用于级联功率放大模块的后级放大器中。 

【文章来源】：微波学报. 2020,36(02)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

集成极靴式互作用系统示意图

单周期直角型折叠波导慢波结构如图2所示,a为折叠波导宽边尺寸,其中h1、b1为横向直波导的长度和宽度,h2、b2为轴向直波导的长度和宽度,rc是电子注通道半径,p为半周期长度。经仿真计算可知波导宽边尺寸a、直波导长度h1和h2对慢波结构色散特性影响较大,与直波导相似,宽边尺寸a直接决定其工作频率,波导窄边b1、b2和电子注通道rc的尺寸对耦合阻抗影响较大。使用CST微波工作室中的本征模求解器对慢波结构的色散特性和耦合阻抗进行仿真计算,优化后确定直角型折叠波导尺寸如表1所示。色散特性及耦合阻抗如图3、图4所示。在90～100 GHz频带内相光速比为0.292～0.280,95 GHz 中心频点处相光速比为0.284,经计算,中心频点两侧4GHz范围内色散平坦度因子为1.61%,色散较为平坦,对应的电子注电压为18.5 kV。耦合阻抗范围为 3.59～1.49Ω,95 GHz频点处大小为2.16Ω,相比弯曲型折叠波导慢波结构有所提高。表1 直角型折叠波导慢波结构尺寸 mm a b1 b2 h1 h2 rc p 1.9 0.3 0.4 1.02 0.42 0.15 0.72

表1 直角型折叠波导慢波结构尺寸 mm a b1 b2 h1 h2 rc p 1.9 0.3 0.4 1.02 0.42 0.15 0.72图4 耦合阻抗

【参考文献】：
期刊论文
[1]集成极靴式互作用系统及其聚焦磁场的研究[J]. 李飞,郝保良,肖刘,刘濮鲲,王景田,赵建东,邢艳荣.  微波学报. 2014(S1)
[2]折叠波导慢波结构太赫兹真空器件研究[J]. 冯进军,蔡军,胡银富,瞿波,李含雁,唐烨.  中国电子科学研究院学报. 2009(03)



本文编号：3414097