太赫茲波在電磁波譜中處于由宏觀電子學(xué)至微觀光子學(xué)過渡的特殊位置,具有至關(guān)重要的研究與應(yīng)用價值。太赫茲輻射源的研究是太赫茲技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵,擴(kuò)展互作用速調(diào)管放大器（EIA）由于同時具備高功率和高增益的特性,因此備受研究人員關(guān)注。太赫茲頻段擴(kuò)展互作用速調(diào)管中采用新型高頻結(jié)構(gòu)來拓展工作帶寬并保持高增益一直是EIA的一項(xiàng)研究重點(diǎn)。本文采用加載于矩形波導(dǎo)的光柵-亞波長孔陣列結(jié)構(gòu)作為其高頻系統(tǒng),設(shè)計(jì)了工作在太赫茲頻段的EIA。在理論研究基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了TM31-2π和TM11-2π兩種工作模式的EIA高頻系統(tǒng),通過理論分析與模擬仿真分析了高頻結(jié)構(gòu)的電場分布特性以及高頻系統(tǒng)亞波長孔的大小及其光柵形狀、周期、高度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對色散特性和耦合特性的影響。結(jié)果表明矩形波導(dǎo)高度對色散特性的影響較大,而孔的大小對諧振頻率以及特性阻抗影響較大。研究分析了兩種模式下輸入腔、中間腔以及輸出腔的高頻特性并且主要分析了周期的變化對腔體頻率、品質(zhì)因數(shù)以及特性阻抗的影響,最后構(gòu)建了兩種不同模式下EIA的冷腔系統(tǒng)。設(shè)置TM31-2π和TM11-2π模式下熱腔模擬的工作參數(shù),模擬研究發(fā)現(xiàn)通過中間腔加負(fù)載,調(diào)節(jié)耦合孔的大小可... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CPI公司研制的EIK產(chǎn)品圖[9]

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-1CPI公司研制的EIK產(chǎn)品圖[9]美國海軍實(shí)驗(yàn)室在EIK的發(fā)展中也有著不可磨滅的貢獻(xiàn)，現(xiàn)在大多數(shù)EIK的設(shè)計(jì)制作均與其結(jié)構(gòu)較為相似，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。從圖1-2中可以看到腔體的間隙數(shù)均為5，給中間腔加負(fù)載使其與其他腔體的頻率盡可能接近，而且中間還加入了矩形楔子使其頻率穩(wěn)定。工作在94GHz的EIK，工作電壓為19.5kV，電流為3.5A，最終模擬得到接近10kW的輸出功率，增益超過40dB，通過降壓收集極技術(shù)，總效率達(dá)到30%以上[23]。該實(shí)驗(yàn)室還制作功率為220GHz，670GHz，850GHz，1030GHz的EIK產(chǎn)品。工作頻率為220GHz的EIK，輸出功率為453W，增益為41.6dB，670GHz的EIK增益為23dB。圖1-2海軍實(shí)驗(yàn)室EIK結(jié)構(gòu)圖[23]

第一章緒論5雖然國內(nèi)研究EIK的時間沒有國外早，但是借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，目前國內(nèi)也取得了一些成果。在2010年，中科院成功研制出工作在S波段的速調(diào)管，帶寬可以達(dá)到10%-11%[24]，之后經(jīng)過改進(jìn)，在群聚段的7個腔體中，加負(fù)載的腔體處于中間位置，其中有個還采用了對腔結(jié)構(gòu)，峰值功率在800kW以上，效率28%以上，增益也超過了40dB，相對帶寬達(dá)到了12%[25]。這有利于國內(nèi)速調(diào)管的研究，同時也有利于國防事業(yè)與雷達(dá)領(lǐng)域的發(fā)展。2011年中科院還設(shè)計(jì)出了工作在Ku波段的EIK，其不僅采用了單腔結(jié)構(gòu)，還在其中加入了4個雙腔結(jié)構(gòu)，工作頻率在15GHz，采用參差調(diào)諧方法，腔體的頻率設(shè)成了14.9GHz和15.1GHz，輸入腔還加載負(fù)載來調(diào)節(jié)帶寬。在電壓30kV，電流8.5A的仿真條件下，峰值功率達(dá)到58kW，增益39dB，帶寬306MHz，效率23%[26]。2014年電子科技大學(xué)徐證清設(shè)計(jì)了工作在220GHz的EIK，該結(jié)構(gòu)采用矩形的電子通道，輸入腔采用喇叭結(jié)構(gòu)，輸入腔和中間腔均采用6間隙結(jié)構(gòu)，矩形輸出腔則是4間隙結(jié)構(gòu)。設(shè)置工作電壓13.4kV，電流為34mA，經(jīng)過三維粒子模擬，得到峰值功率為21.468W，增益為35dB，效率為2.36%，帶寬約180MHz。該文章還仿真模擬了圓形電子注通道，兩者對比矩形結(jié)構(gòu)的輸出功率和增益均高于圓形結(jié)構(gòu)，但是圓形結(jié)構(gòu)的輸出更平穩(wěn)。兩者的結(jié)構(gòu)圖如圖1-3和1-4所示[27]。圖1-3EIK模型圖[27]圖1-4第二種耦合腔速調(diào)管整體結(jié)構(gòu)[27]2016年電子科技大學(xué)王璟設(shè)計(jì)了工作在0.22THz的EIK，結(jié)構(gòu)圖見圖1-5，其整體采用了梯形結(jié)構(gòu)，輸入腔和中間腔均是加負(fù)載的3間隙結(jié)構(gòu)，輸出腔則是加負(fù)載的4間隙結(jié)構(gòu)。在電壓13kV，電流0.07A的仿真條件下，得到的輸出功率20W，增益34.6dB，效率2.2%[28]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ku波段擴(kuò)展互作用速調(diào)管設(shè)計(jì)[J]. 鐘勇,丁海兵,王樹忠,阮存軍,梁源,劉文鑫.  強(qiáng)激光與粒子束. 2011(11)
[2]12%帶寬S波段大功率速調(diào)管的研制[J]. 王勇,張健,王穎,張志強(qiáng).  真空電子技術(shù). 2010(06)
[3]S波段大間隙速調(diào)管放大器輸出腔的3維模擬[J]. 白現(xiàn)臣,張建德,楊建華.  強(qiáng)激光與粒子束. 2010(12)
[4]對回旋速調(diào)管高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模擬的研究[J]. 郭煥剛,侯力.  中國重型裝備. 2009(01)
[5]太赫茲波導(dǎo)器件研究進(jìn)展[J]. 黃婉文,李寶軍.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2006(07)

博士論文
[1]太赫茲頻段擴(kuò)展互作用振蕩器研究[D]. 張開春.電子科技大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于梯形結(jié)構(gòu)的THz頻段擴(kuò)展互作用速調(diào)管研究[D]. 王璟.電子科技大學(xué) 2016
[2]220GHz耦合腔擴(kuò)展互作用速調(diào)管研究[D]. 徐證清.電子科技大學(xué) 2014
[3]大功率速調(diào)管提高效率的研究[D]. 左向華.電子科技大學(xué) 2013



本文編號：3018472