【摘 要】
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在毫米级和亚毫米级（THz）频段,微波真空功率放大器在电子对抗、雷达、通信等领域应用广泛,但是当工作频率提高到W及以上频段,行波管等真空功率放大器的核心部件——慢波结构——尺寸越来越小,传统的加工方法难以满足其精度上的要求。具有电压低、频带宽、易集成等优点,同时可以通过微细加工工艺实现的微带线慢波结构因此获得了广泛关注。本文与现有加工技术相结合,先后设计了两种方案的90-102GHz频段微带线行波
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在毫米级和亚毫米级（THz）频段,微波真空功率放大器在电子对抗、雷达、通信等领域应用广泛,但是当工作频率提高到W及以上频段,行波管等真空功率放大器的核心部件——慢波结构——尺寸越来越小,传统的加工方法难以满足其精度上的要求。具有电压低、频带宽、易集成等优点,同时可以通过微细加工工艺实现的微带线慢波结构因此获得了广泛关注。本文与现有加工技术相结合,先后设计了两种方案的90-102GHz频段微带线行波管高频系统,并进行了一定的加工探索。本文的主要内容和研究结果如下:（1）结合工艺要求,设计了U型共形介质基底微带线高频系统。在CST后处理模块编写了宏命令及可视化界面,可用来计算慢波结构横截面内某一点的耦合阻抗以及电子注通道截面内的平均耦合阻抗;对微带慢波结构耦合阻抗的变化趋势进行了研究,同时分析了U型共形介质基底微带线慢波结构主要结构参数对高频特性的影响;改进传统微带探针-波导耦合结构,解决了由于加工造成的介质基底过宽进而易激发高次模式的问题;对U型共形介质基底微带线行波管进行“热”特性分析,在96GHz频率点处,行波管可以获得31.37W的饱和输出功率,对应的增益和电子效率分别为22.92d B和4.82%,3d B带宽为7GHz。（2）结合工艺改进,设计了U型微带线高频系统。通过仿真获得较优的高频结构,研究了慢波结构的高频场分布,给出了耦合阻抗的变化规律;采用微带探针-波导作为能量耦合结构,研究了两种过渡方式的U型微带线高频系统的传输特性;对U型微带线行波管进行注-波互作用分析,在96GHz频点处,行波管的饱和输出功率达到32.99W,对应的增益和电子效率分别为22.17d B和4.99%,3d B带宽为9GHz。对比最初的设计方案,工艺改进后设计的行波管具有更高的输出功率、更高的电子效率和更宽的带宽。（3）加工高频系统并进行冷测实验。详细总结了两种慢波结构方案的加工工艺过程以及加工结果;分析了与U型微带线慢波结构匹配的输入输出结构的设计思路以及加工过程,并通过微组装技术装配得到U型微带线高频系统;最后,开展了U型微带线高频系统冷测实验,结果表明在90-102GHz频率范围内,传输参量S21大于-4.87 d B,反射参量S11小于-19.74 d B,实验结果与仿真结果吻合良好。
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