太赫茲頻段擴(kuò)展互作用振蕩器研究.pdf

1、太赫茲波是介于遠(yuǎn)紅外與毫米波之間的一種電磁輻射，有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。本論文研究了一種太赫茲波擴(kuò)展互作用振蕩器(EIO)輻射源，進(jìn)行了詳細(xì)地理論研究和模擬研究以及實(shí)驗(yàn)研究，取得了令人滿意的結(jié)果。 本論文的主要工作和創(chuàng)新之處： 一、提出一種適合于太赫茲波段的新型慢波結(jié)構(gòu)-矩形重入耦合腔，作為太赫茲EIO的慢波諧振系統(tǒng)。 二、在理論上詳細(xì)研究了該慢波系統(tǒng)的特性。分別采用導(dǎo)體微擾原理和脊波導(dǎo)的等效電路參數(shù)，研究了

2、矩形重入諧振腔的頻率和電路參數(shù)。接著采用等效電路模型研究矩形重入耦合腔慢波系統(tǒng)的色散特性。同時(shí)選擇0.12THz和0.225THz兩個(gè)頻段，進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算。 三、太赫茲波EIO的注-波互作用理論研究。在小信號(hào)的情況下，詳細(xì)推導(dǎo)了電子注在各個(gè)間隙和漂移區(qū)中的運(yùn)動(dòng)方程、效率、電子歸一化電導(dǎo)和起振電流等。利用大信號(hào)的電子圓盤模型，推導(dǎo)了各個(gè)電子圓盤在各個(gè)間隙和漂移區(qū)中的工作方程和在交界處的銜接方程。同時(shí)，采用MATLAB編制相應(yīng)程序

3、，在太赫茲頻段中詳細(xì)計(jì)算和討論了以上這些參數(shù)，并確定了最佳工作距離。 四、通過理論研究確定的結(jié)構(gòu)尺寸，分別采用CST和MAGIC電磁模擬軟件對(duì)慢波系統(tǒng)的場(chǎng)分布、模式、色散特性進(jìn)行了模擬研究，計(jì)算了耦合阻抗和特征阻抗。對(duì)特定結(jié)構(gòu)的色散特性，理論結(jié)果和模擬結(jié)果取得了很好的一致，表明理論研究所采取的模型和參數(shù)是準(zhǔn)確的。然后，采用MAGIC粒子模擬軟件對(duì)特定系統(tǒng)下的EIO進(jìn)行了粒子模擬，對(duì)于圓形電子通道0.12THz、0.225THz和

4、矩形電子通道0.215THzEIO，輸出峰值功率分別為512W、44W和200W，研究表明EIO具有很寬的工作電壓。 五、結(jié)合國內(nèi)的加工技術(shù)，嘗試加工了0.11THz和0.22THz的慢波諧振系統(tǒng)。采取驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方案，從8mm波段入手研制EIO整管，選擇折疊波導(dǎo)作為慢波系統(tǒng)，以熟悉工藝和積累經(jīng)驗(yàn)為目的，為今后的太赫茲EIO的研制奠定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)了整管結(jié)構(gòu)，采用圓柱狀平板電子槍、線圈型脈沖磁場(chǎng)，進(jìn)行了相應(yīng)的整管實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試了陰極和