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在THz(太赫兹)真空电子辐射源中，行波管因具有高功率容量、宽工作带宽等优势，近年来成为辐射源的优先选择。在众多行波管中，交错双栅行波管因其具有的天然带状电子注通道和简单的二维全金属结构等优势在业内受到广泛关注。交错双栅行波管工作在THz频段时，由于尺寸共渡效应、加工工艺以及导体损耗等因素的影响，会出现功率大幅降低、结构形变等问题，且加工实现困难。本文以太赫兹交错双栅行波管为研究对象，重点研究了加工方式及精度对交错双栅慢波结构的性能影响、慢波结构中的高导体损耗、太赫兹波段输出窗的快速算法设计以及行波管输出功率提升等关键问题，主要研究内容分为五部分，主要工作和创新点如下。
1、为了降低实际加工方式及精度对交错双栅行波管的性能影响，提出了340GHz倒圆角交错双栅慢波结构，并对慢波传输和注波互作用特性进行研究。在模拟研究基础上，对倒圆角交错双栅慢波结构进行加工与冷测实验，冷测实验结果表明，高频结构的电压驻波比在335GHz到344GHz范围内均小于2，与模拟结果趋势基本一致。此外，针对适用于340GHz倒圆角交错双栅行波管的电子光学系统和金刚石盒型窗开展了理论研究，并对盒型窗进行实验工作，实验结果表明，在334GHz到355GHz频率范围内电压驻波比测试结果均小于1.35。
2、为了解决传统的脊加载输入/输出耦合结构在THz频段难以加工实现的问题，提出了H面馈入式矩形波导能量耦合结构，将其应用至340GHz倒圆角交错双栅行波管，在40GHz带宽内实现了良好的传输性能，验证了该H面馈入型结构的可行性。在此基础上对慢波结构进行实验研究，传输系数测试结果在327GHz到345GHz范围内基本保持在-8dB左右，反射系数测试结果约为-10dB。此外，为了进一步提升电子光学系统流通率和盒型窗性能，采用圆形阴极方案设计的电子枪在近50mm长度内实现96%的流通率，采用改进方案的盒型窗反射系数测试结果在20GHz带宽内均小于-15dB。
3、为了解决因尺寸共渡效应及导体损耗导致的行波管输出功率大幅降低的问题，采用功率合成技术对340GHz交错双栅行波管进行研究，提出了堆叠型双带状注电子枪概念，并对堆叠型双电子注的成形、聚焦和注波互作用进行了模拟分析。该堆叠型双电子注在50mm长度内实现了97.1%的流通率，且输出功率在315GHz到350GHz范围内均大于5W。
4、为了研究更高工作频率对交错双栅行波管的性能影响，针对850GHz交错双栅行波管的关键部件进行模拟研究，并分别采用激光切割技术和MEMS加工技术对该高频结构进行加工实现，对比由不同加工方式得到的实验样品结构特征，结果表明MEMS加工技术在加工850GHz交错双栅结构时具有相对高的精度，为后续实验工作的开展奠定了基础。
5、为了提高THz频段的盒型窗计算能力，针对THz频段金刚石盒型窗开展了理论分析与实验研究，提出了一种普遍适用于盒型窗的通用快速算法，并将其应用于220GHz和340GHz金刚石盒型窗。经对比，该算法的计算精度与CST软件基本相同，计算速度提升逾110%。此外，两个频段对应的金刚石盒型窗冷测结果与快速算法计算结果之间吻合度较好，验证了该快速算法的可靠性。
1、为了降低实际加工方式及精度对交错双栅行波管的性能影响，提出了340GHz倒圆角交错双栅慢波结构，并对慢波传输和注波互作用特性进行研究。在模拟研究基础上，对倒圆角交错双栅慢波结构进行加工与冷测实验，冷测实验结果表明，高频结构的电压驻波比在335GHz到344GHz范围内均小于2，与模拟结果趋势基本一致。此外，针对适用于340GHz倒圆角交错双栅行波管的电子光学系统和金刚石盒型窗开展了理论研究，并对盒型窗进行实验工作，实验结果表明，在334GHz到355GHz频率范围内电压驻波比测试结果均小于1.35。
2、为了解决传统的脊加载输入/输出耦合结构在THz频段难以加工实现的问题，提出了H面馈入式矩形波导能量耦合结构，将其应用至340GHz倒圆角交错双栅行波管，在40GHz带宽内实现了良好的传输性能，验证了该H面馈入型结构的可行性。在此基础上对慢波结构进行实验研究，传输系数测试结果在327GHz到345GHz范围内基本保持在-8dB左右，反射系数测试结果约为-10dB。此外，为了进一步提升电子光学系统流通率和盒型窗性能，采用圆形阴极方案设计的电子枪在近50mm长度内实现96%的流通率，采用改进方案的盒型窗反射系数测试结果在20GHz带宽内均小于-15dB。
3、为了解决因尺寸共渡效应及导体损耗导致的行波管输出功率大幅降低的问题，采用功率合成技术对340GHz交错双栅行波管进行研究，提出了堆叠型双带状注电子枪概念，并对堆叠型双电子注的成形、聚焦和注波互作用进行了模拟分析。该堆叠型双电子注在50mm长度内实现了97.1%的流通率，且输出功率在315GHz到350GHz范围内均大于5W。
4、为了研究更高工作频率对交错双栅行波管的性能影响，针对850GHz交错双栅行波管的关键部件进行模拟研究，并分别采用激光切割技术和MEMS加工技术对该高频结构进行加工实现，对比由不同加工方式得到的实验样品结构特征，结果表明MEMS加工技术在加工850GHz交错双栅结构时具有相对高的精度，为后续实验工作的开展奠定了基础。
5、为了提高THz频段的盒型窗计算能力，针对THz频段金刚石盒型窗开展了理论分析与实验研究，提出了一种普遍适用于盒型窗的通用快速算法，并将其应用于220GHz和340GHz金刚石盒型窗。经对比，该算法的计算精度与CST软件基本相同，计算速度提升逾110%。此外，两个频段对应的金刚石盒型窗冷测结果与快速算法计算结果之间吻合度较好，验证了该快速算法的可靠性。