微型真空电子器件技术研究

微波真空电子器件的频率正在向毫米波、亚毫米波甚至太赫兹频率扩展,随着器件频率的提高,高频结构的尺寸越来越小,传统的机械加工方法已经不能满足零部件精度的要求,需要借助微细加工技术.这一类利用微细加工技术,特别是深刻技术,如LIGA,DEM,DXRL、DRIE等,制作的真空器件,已经形成一门新兴的交叉学科,微真空电子学及相应的技术和应用.本文对目前微真空电子器件的现状,深刻技术在器件加工的应用进行了分析,希望对开展这些研究打下基础.     

W波段回旋管宽带低损耗输入耦合系统

给出了一种十字交叉型TE□10-TE○01宽带模式转换器的设计原理,同时完成了一套W波段低损耗输入耦合系统的设计方案。根据该设计方案在电磁模拟软件HFSS中建立三维模型进行优化仿真。得到了衰减为0.14 dB、最大驻波比为1.388、带宽为10 GHz的高性能TE□10-TE○01宽带模式转换器。同时计算得到整套传输系统的衰减小于1 dB,远小于采用矩形波导TE10模式的衰减（约15 dB）,大大提高了传输效率,降低了能量损耗。实际加工得到了一对模式转换器,经测试可得其衰减为1 dB左右,整套系统的衰减约为3 dB,与矩形波导（衰减约为15 dB）相比,有了很大的提高。     

耦合腔行波管腔长渐变对电子效率的影响

为了进一步提高耦合腔行波管(CCTWT)的电子效率,需要可以计算CCTWT的大信号程序。本文叙述了利用程序CCTaper计算CCTWT腔长渐变对电子效率的影响情况。     

螺旋波纹波导模式分析

通过螺旋波纹波导的耦合波方程,考虑到波的左右旋转方向及波的前向和反向等因素,给出了波导中可能存在的所有模式,由耦合方程的特点和布拉格条件分析了各模式之间的关系,给出对应于螺旋波纹波导回旋行波管和螺旋波纹波导回旋返波管的模式耦合特点,并给出耦合关系和波导的模式耦合规则。结合螺旋波纹波导的色散方程,讨论了不同波纹周期和波纹起伏程度对模式耦合的影响：波纹周期的增大,使得电子注的加速电压变大;如果波纹周期太小,则工作模式线性变得很差。阐述了螺旋波纹波导回旋行波管克服模式竞争的机理。纹起伏程度较大,工作模式和非工作模式分离程度变大,对克服模式竞争比较有利。     

W波段回旋行波管收集极热可靠性设计

利用粒子模拟软件和热分析软件,对W波段回旋行波管收集极区的电子轨迹和热分布进行了仿真计算。通过对收集极磁场参数的优化,调节了收集极区的电子分布,使得电子轰击区域从17.05cm2增加到28.52cm2,提高了67%,从而降低了单位面积的功率密度。通过对收集极内壁热分布的仿真分析,确定了1kW/cm2的功率密度及1.12L/s的冷却水流量,以确保收集极内壁温度低于材料熔点,不会产生物理损坏,使得收集极能够稳定工作,保证了管子的工作稳定性。通过热仿真计算验证了优化方案的可行性,并已应用于实际。     

W波段回旋管宽带低损耗输入耦合系统

给出了一种十字交叉型TE□10-TE○01宽带模式转换器的设计原理,同时完成了一套W波段低损耗输入耦合系统的设计方案。根据该设计方案在电磁模拟软件HFSS中建立三维模型进行优化仿真。得到了衰减为0.14dB、最大驻波比为1.388、带宽为10GHz的高性能TE□10-TE○01宽带模式转换器。同时计算得到整套传输系统的衰减小于1dB,远小于采用矩形波导TE10模式的衰减(约15dB),大大提高了传输效率,降低了能量损耗。实际加工得到了一对模式转换器,经测试可得其衰减为1dB左右,整套系统的衰减约为3dB,与矩形波导(衰减约为15dB)相比,有了很大的提高。     

采用格林函数法的渐变脊波导设计

文中运用格林函数法设计出切比雪夫渐变脊波导,采用数值方法对理论设计进行实例验证,并利用微波工作室对设计结果进行了瞬态分析,实验表明在40%的带宽内,其驻波系数小于1.1.作为输能装置,这种脊波导具有渐变长度短、匹配特性好、工作频带宽、驻波系数小等优点,并已经应用于C波段前向波放大管.