THz斜注管的設計和高頻損耗研究.pdf

1、太赫茲技術的發(fā)展受限于缺乏緊湊的高功率輻射源。返波管是一種應用廣泛的微波功率源。在傳統(tǒng)的返波管中，電子注平行于慢波結構表面運動，為了防止電子被慢波結構攔截，電子注的飛行通道必須和光柵表面保持一定距離。在周期型結構中，慢波場具有表面波的性質，其有效互作用厚度和頻率成反比，即頻率越高，場的厚度越小。因此在太赫茲波段，慢波場的有效厚度就變得非常小。這樣，返波管在太赫茲波段想要得到足夠的輸出功率就變得非常困難。
　　為了解決返波管遇到的困

2、難，人們設計出一種將電子注傾斜的返波管，并稱之為斜注管。斜注管作為一種新型太赫茲輻射源，具有很多獨特的優(yōu)點，在太赫茲波段擁有廣闊的應用前景。本文針對340 GHz斜注管進行研究，在理論分析的基礎上，對斜注管的色散特性、注-波互作用進行了大量仿真計算。研究了金屬光柵微加工的方法，并仿真了金屬表面粗糙度對慢波結構工作性能的影響。
　　深入研究了單排矩形光柵慢波結構，對高頻特性進行詳細分析，并對各尺寸參數(shù)下的色散特性進行數(shù)值仿真。結果表

3、明，在滿足頻帶要求的情況下，應采用較大的齒槽深度和齒槽寬度。經(jīng)過一系列比較與優(yōu)化，得到340 GHz斜注管的腔體單周期結構尺寸。
　　通過對斜注管互作用的理論分析，初步確定管子的工作電壓、工作電流、聚焦磁場，建立了數(shù)值仿真模型，通過PIC求解器仿真斜注管的輸出特性。并通過大量仿真分析電子注傾角、聚焦磁場大小和電子注電壓對互作用的影響。結果表明，電子注傾角對斜注管的輸出特性非常重要，輕微的角度變動即可顯著改變管子的互作用程度。同時，

4、由于斜注管的結構特點決定了其可以采用較小聚焦磁場，仿真結果表明，在使用較小磁場時，電子注的發(fā)散并不明顯，仍然可以有效進行互作用。最終得到的340 GHz斜注管最佳電子效率為4.1％，并且在0.2 Telsla的低聚焦磁場下輸出功率達到25 W。
　　調查研究了微細金屬光柵的加工工藝，并使用電磁仿真軟件模擬表面粗糙度對慢波結構傳輸性能、增益、帶寬等的影響。結果表面，表面粗糙度會引起金屬的等效電導率降低，影響波導的傳輸性能，并使慢波結