周期结构电磁特性在高频真空器件中的应用.pdfVIP

2015 年 10 月 北京航空航天大学学报 October 2015 第41 卷第10 期 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics Vo l. 41 No. 10 http://bhxb. buaa. edu. cn jbuaa@ bt刷. edu. cn DOI: 10. 13700/j. bh. 1001-5965.2015.0209 周期结构电磁特性在高频真空器件中的应用 冯进军\蔡军，胡银富，邬显平 (北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家重点实验室，北京 100015 ) 摘 要:作为行波类真空电子器件的核心组件，慢波结构是一种周期结构，其场可以 有无限多个模式，每个模式由无穷多个空间谐波构成.每个空间谐波有相应的色散曲线且曲线 各段有不同的特性.提出了周期结构色散特性的全维度开发的概念，并以一种可用微电机系统 ( MEMS) 技术加工的折叠波导(FWG) 慢波结构为例，对其色散特性进行了分析，利用这些色 散特性开展了行波管(TWT) 、返波管 (BWO) 等传统器件的研究工作，同时提出了过模器件、带 边振荡器(BO) 和谐波放大器(THAT) 等新型器件，这些器件的实验研究则以 W 波段及其以上 频率为主，最后给出了突破的关键技术以及测试得到的器件的主要性能. 关 键词:周期结构;色散特性;太赫兹;行波管(TWT) ;返波管(BWO) ;多维度;真 空器件 中图分类号: V221 + • 3 文献标识码:A 文章编号: 1001-5965(2015)10-1785-07 在行波类真空电子器件中，电于注和电磁波 叶片加载结构、螺旋线型、锢合腔型、梳状线、梯形 之间产生持续互作用的一个条件就是电磁波的相 线、叉指线、盘荷披导、螺旋波纹波导等.磁控管是 速小于光速，通常有两种方法来降低相速，一种是 利用周期结构激励出来的电磁波在谐振腔中形成 采用介质材料加载的波导，另一种就是采用周期 振荡.在高频率器件中，如 Smith-Purcell 器件、斜 注管[IJ 等，近年来研究比较多的周期结构有折叠 性的金属或者介质结构.微波真空器件通常采用 金属周期结构，其传输损耗比较小，可以维持较高 波导(Folded Waveguide , FWG) 、双/多排齿结构 的射频电场，还可以接收高频散焦等杂散电子注 等一系列与微机电系统( Micro-Electromechanical 电流.介质结构(含介质周期结构)的慢电磁波系 System , MEMS )技术相兼容的二维结构，利用 UV-LIGA或深反应离子刻蚀技术来加工[川 统使用较少，只用在切伦科夫辐射器件中.介质结 构(含介质周期结构)的慢电磁波系统一般适用 行波类真空电子器件的工作原理可以概括为 于光学频段，因为金属结构对光学频段的电磁波 电子枪组件中的阴极产生一束电子注，由聚焦系 传输损起比较大，非线性效应成为主要矛盾. 统维持一定的电子注形状，通过慢波结构中的电 真空射频器件采用了周期结构来降低电磁波 子