發(fā)布時(shí)間：2019-07-21 11:31

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,交叉學(xué)科衍生出新的發(fā)展方向和研究領(lǐng)域,例如太赫茲技術(shù)。太赫茲波頻率位于紅外線與微波之間,因?yàn)槠洫?dú)特優(yōu)越性被廣泛應(yīng)用于大容量通信、電磁對抗、探測等領(lǐng)域。但是高功率低成本太赫茲輻射源的缺少,一定程度上的限制了太赫茲技術(shù)的發(fā)展。我們將高次諧波自由電子激光的產(chǎn)生機(jī)理與行波管原理相結(jié)合,得到了一種新型的真空太赫茲源——高次諧波倍頻行波管(HHTWT)。該器件是采用價(jià)格低廉的毫米波信號源作為驅(qū)動得到太赫茲信號。HHTWT的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號功率大且輸出頻率可調(diào)。在HHTWT中的兩段慢波線工作于不同的頻率,但是有相同的相速,所以設(shè)計(jì)困難。本文設(shè)計(jì)出工作于346GHz的HHTWT,輸入信號頻率為84.5GHz-87.5GHz,功率均為100m W,輸出信號頻率為338GHz-350GHz,帶寬為12GHz,輸出功率100m W左右。并對工作于D波段的HHTWT的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析本文的主要工作有:1)選取折疊波導(dǎo)作為HHTWT的慢波線,設(shè)計(jì)出兩段工作于不同頻段的慢波線,調(diào)制段中心頻率為86.5GHz,輻射段中心頻率為346GHz,并對其高頻特性進(jìn)行分析。2)對工作于太赫茲波段的電子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真,電子槍類型為皮爾斯無柵電子槍,聚焦系統(tǒng)為PPM。電子槍工作電壓19k V,工作電流15m A,電子注通道半徑為0.08mm。陰極發(fā)射密度Jk=7A/cm2,導(dǎo)流系數(shù)(28)0057247.0ppm,陰極面為平面,半徑為0.3mm。一般來說陰極面為平面的電子槍的聚焦難度大,且層流性較差,經(jīng)過一系列的仿真優(yōu)化最終得到了較好的層流性與聚焦效果。3)對HHTWT中的注波互作用過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析,設(shè)計(jì)出HHTWT中完整的慢波結(jié)構(gòu),并對其進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)制段截止頻率為75GHz,78個(gè)周期。輻射段截止頻率為300GHz,40個(gè)周期。輸出信號為輸入信號的四倍頻信號,而且頻譜純凈,無低次諧波信號。4)太赫茲波段的HHTWT設(shè)計(jì)難度大,對工藝要求高,所以我們先設(shè)計(jì)出一支工作與D波段的HHTWT,并對工作于D波段的三次諧波HHTWT進(jìn)行加工測試。測試結(jié)果顯示,器件在輸入信號為43.3GHz～45.3GHz,功率200m W時(shí)得到130GHz～136GHz,輸出功率為50m W～500m W的輸出信號。證明了HHTWT可以產(chǎn)生并放大高次諧波信號,為太赫茲波段的HHTWT提供了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN124

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