【摘 要】
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太赫兹波是指频率在0.1～10THz之间的电磁波,在高速率通信、医疗成像和安全检测等领域具有极大的应用价值。然而,由于缺乏大功率和宽带宽的太赫兹源,影响了太赫兹技术的快速发展,而带状注行波管兼具大输出功率和宽带宽的优势,是发展高性能太赫兹源的首要选择之一。因此,本论文主要研究了220GHz带状注行波管的T型栅慢波结构、输能窗及电子光学系统,其研究内容如下:1、通过使用HFSS研究T型栅慢波结构的各
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太赫兹波是指频率在0.1～10THz之间的电磁波,在高速率通信、医疗成像和安全检测等领域具有极大的应用价值。然而,由于缺乏大功率和宽带宽的太赫兹源,影响了太赫兹技术的快速发展,而带状注行波管兼具大输出功率和宽带宽的优势,是发展高性能太赫兹源的首要选择之一。因此,本论文主要研究了220GHz带状注行波管的T型栅慢波结构、输能窗及电子光学系统,其研究内容如下:1、通过使用HFSS研究T型栅慢波结构的各个参数对色散特性和耦合阻抗的影响,确定了T型栅慢波结构的尺寸。在与矩形栅慢波结构的高频特性进行对比分析后,发现T型栅慢波结构在220GHz的耦合阻抗为3.3Ω,比矩形栅慢波结构的耦合阻抗提高了大约4.5%。2、设计了和T型栅慢波结构匹配的输能窗,传输特性仿真结果显示其S11在209～233GHz的范围内低于-30d B,且在该频率范围内电压驻波比均小于1.1。然后,对总长度达到77.8mm,加载输能窗、H面弯曲波导和过渡结构的T型栅慢波结构进行传输特性分析,在201GHz～224GHz的频率区间内,S21高于-8d B,传输损耗为102.8d B/m。3、对用于220GHz带状注行波管的电子光学系统进行了模拟分析,结果表明在电子枪的注电压为22.8k V的情况下,注电流为0.16A,注腰位置截面尺寸为0.54mm×0.06mm;聚焦系统的磁感应强度峰值达到了0.6T,当电子注通道长度为40mm时,实现了对电子注的聚束,流通率达100%;单极降压收集极的收集效率为90.5%。4、为了抑制自激振荡,设计了一种用于220GHz T型栅带状注行波管的衰减器。对加载衰减器的行波管进行注波互作用计算,在信号的输入功率为50m W的情况下,平均输出功率达到90W,增益达到32.6d B,电子效率为2.47%。为了进一步提升行波管的平均输出功率,使用相速跳变对慢波结构进行优化后,平均输出功率从90W增加到112W,提升了24.4%,增益从32.6d B提高到33.5d B,电子效率从2.47%升至3.07%,整管效率达到3.5%。
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