矩形栅慢波系统及输入输出结构的研究

【摘要】： 行波管是一种将微波进行能量放大的装置。行波管的慢波系统是发生注波互作用实现能量交换的部分,关系到行波管的带宽、效率等,它直接决定行波管的性能。行波管的输入输出耦合装置是放大信号的入口和出口。其中,输入输出端口的阻抗匹配和损耗问题关系到行波管能否正常工作,是设计输入输出耦合装置时需要解决的问题。 栅结构慢波系统的特色是结构紧凑,可应用于短波长和小尺寸的情形,加工精度极高,可应用于毫米波和亚毫米波行波管中,又因为采用的是带状电子注,因此功率高,热容量大[1]。本文采用栅结构作为慢波系统。从任意槽形状的栅结构入手分析,得出任意槽形状的栅结构的场分布,色散方程和耦合阻抗。并由此推出矩形栅的场分布,色散方程和耦合阻抗。用CST对单栅和双栅结构的色散进行分析,得出结构参数对色散的影响,给出了ka波段单栅和双栅矩形波导栅慢波结构的尺寸。 输入输出结构的微波窗(包括输入窗与输出窗)除了密封作用外,还承担着微波能量的馈送,微波窗的质量好坏直接影响行波管的电参数及其寿命。对它的基本要求为:有足够宽的工作频带、功率容量大、插入损耗小、工艺性能好[2]。本文设计了工作中心频率为110GHz,带宽超过9GHz的微波盒形窗,并将其接入深槽单栅慢波系统的输入输出结构,得到了较好的结果。