本文選題：太赫茲 + 返波管　； 參考：《電子科技大學》2016年博士論文

【摘要】：太赫茲波(0.1~10 THz)具有穿透性、寬帶寬和低光子能量等特性,可應用于醫(yī)療成像、高速率數(shù)據(jù)通信、氣體傳感、高分辨率雷達等。輻射源的研究是太赫茲技術發(fā)展的關鍵,太赫茲返波管結構簡單易于實現(xiàn),且具有較寬的電子調諧范圍,因此是一種非常重要的太赫茲真空電子學輻射源。但返波管仍需要向更高的輸出功率和效率、更緊湊的尺寸、更輕的重量以及更低的電流密度等方向發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn):多電子注的應用可以增加輸出功率和降低工作電流密度;適用于平板器件的帶狀電子注可以靠近慢波結構表面,增強注波互作用、提高輸出功率,其較低的空間電荷效應可以降低對聚焦磁場的要求;亞波長孔陣列結構對電磁波具有增強透射的特性,可用于太赫茲輻射源研究。在此基礎上,本文提出了一種可以由帶狀雙電子注驅動的、基于孔-柵慢波結構的太赫茲返波管,對其進行了詳細的理論分析、仿真模擬和實驗研究。本論文的主要內容和創(chuàng)新點如下:1、在平板光柵結構的基礎上引入亞波長孔陣列,提出了單孔-光柵慢波結構。采用縱向場法和場匹配法推導出色散方程并驗證其正確性;利用HFSS軟件分析了結構參數(shù)對慢波結構高頻特性的影響,討論了結構中電場分布特性;使用Chipic軟件進行了三維粒子模擬。結果表明單孔-光柵慢波結構利用了亞波長孔陣列對電磁波的增強透射特性,使上、下電子注通道中的電場具有整體性,從而使得單孔-光柵慢波結構返波管具有注波互作用空間大、互作用功率高、達到穩(wěn)定所需時間短的優(yōu)勢。2、利用光柵、孔分別對結構中表面電場分布特性的影響,通過優(yōu)化孔的數(shù)量及位置,設計了雙孔-光柵慢波結構,改善了孔-柵慢波結構的電子注通道中表面電場的橫向分布特性,有利于帶狀電子注的穩(wěn)定傳輸。在雙孔-光柵慢波結構高頻特性分析的基礎上,設計和優(yōu)化了0.14 THz雙孔-光柵慢波結構返波管,使用CST Particle Studio進行了詳細的三維粒子模擬研究,分析了工作參數(shù)對輸出的影響并詳細闡明了其物理機理。結果表明:雙孔-光柵慢波結構返波管具有低電壓、低電流密度的性能,且能在7.6 GHz調諧帶寬內得到瓦級輸出;同時,由于孔陣列的引入,雙孔-光柵慢波結構返波管的輸出不會受到兩個電子注電流差異的影響,且只要一個電子注的電流密度高于最低起振電流密度,返波管就能夠得到穩(wěn)定的輸出,因此能夠降低對雙電子注電子槍的要求,使其在工程上更具有可實現(xiàn)性。3、利用1/4圓弧彎波導對電磁波相位的調制作用,設計分析了適用于將兩個等幅反相的信號進行合成的E面功率合成器,避免了傳統(tǒng)T型結構功率合成器中的微細結構,降低了合成器的設計與加工難度。并且基于分析結果提出了一種利用解析幾何來設計E面功率合成器的方法,通過該方法可以便捷的設計出各頻段具有不同相對帶寬的E面功率合成器。4、利用結構對稱性和孔陣列的增強透射特性,提出了基于雙孔-光柵慢波結構的多層級聯(lián)返波管方案,研究了結構中的電場分布、輸出特性及注波互作用的物理過程。結果表明,相比于單層雙孔-光柵慢波結構返波管,基于雙層、三層級聯(lián)結構的返波管可以獲得更高的輸出,且效率分別提升了23%和30%;系統(tǒng)中電磁波能量主要從外層兩個電子注通道中耦合輸出;電子注的電流差異不會改變外層通道中高頻電場的等幅反相特性,但適當提高中間電子注的電流,可有效提升器件的輸出功率及效率。5、完成了雙孔-光柵高頻系統(tǒng)及E面功率合成器的加工和冷測實驗,得到了器件對應的傳輸耦合特性,并結合仿真結果進行了詳細的分析。分析表明,由于加工精度的偏差,實驗結果與模擬結果在諧振頻點上略有差異,但趨勢上基本一致,驗證了雙孔-光柵高頻系統(tǒng)及E面功率合成器設計的正確性。
[Abstract]:In this paper , the characteristics of terahertz wave ( 0.1 锝，

本文編號：1976362