基于金屬線慢波結(jié)構(gòu)的太赫茲返波振蕩器.pdf

1、太赫茲（Teraherz）輻射指的是頻率在0.1~10THz范圍內(nèi)的電磁波輻射，其波長(zhǎng)的范圍是3um~3mm，從頻譜上看，太赫茲輻射波在毫米波和紅外線，大于無(wú)線電波頻率，小于光波的頻率。作為一種新興的前沿科學(xué)，太赫茲技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在安全檢查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、航空航天、太赫茲通信、無(wú)損檢測(cè)、材料科學(xué)和醫(yī)學(xué)成像等許多領(lǐng)域，受到世界各國(guó)科學(xué)家的廣泛重視。
　　作為利用太赫茲技術(shù)的先決條件，就是能穩(wěn)定和有效的產(chǎn)生太赫茲信號(hào)，這個(gè)條件是限制太赫茲器

2、件發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前，返波管，也被稱為返波振蕩器，被認(rèn)為是產(chǎn)生太赫茲波最有前景的真空器件，具有可以小型化、寬電子調(diào)諧、造價(jià)低的特點(diǎn)。而慢波結(jié)構(gòu)是返波振蕩器中最核心的部分，它的主要功能是交換電子束中電子和電磁場(chǎng)中的能量，是影響返波管性能好壞和各項(xiàng)參數(shù)的重要部分。因此，一種合適的互作用慢波結(jié)構(gòu)對(duì)于返波管的高頻振蕩系統(tǒng)來(lái)說至關(guān)重要。
　　本文主要設(shè)計(jì)了一種擁有新型金屬繞線慢波結(jié)構(gòu)的返波振蕩器，使其工作在0.3THz頻段，使其在整體上具

3、有結(jié)構(gòu)新穎、低造價(jià)、容易組裝的特點(diǎn)，在性能上具有高輸出功率、高耦合阻抗、低工作電壓和低工作電流密度等特點(diǎn)。本文也詳細(xì)介紹了該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程。為了體現(xiàn)該繞線返波管良好的性能，本文中還設(shè)計(jì)了返波管的輸出和匹配結(jié)構(gòu)，之后利用3-D電磁仿真模擬軟件 CST(Computer Simulation Technology)對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，并通過優(yōu)化得到了最優(yōu)的冷腔和熱腔的測(cè)試參數(shù)。在冷腔仿真方面，得到了色散曲線、耦合阻抗、電場(chǎng)大小和分布、S參數(shù)

4、等參數(shù)，在熱腔方面，得到了輸出功率、能量變化過程等參數(shù)。另外，該返波管還可以適用于不同的電子發(fā)射方式，例如傳統(tǒng)的熱陰極電子槍和贗火花放電產(chǎn)生電子的方式，分析了不同的電流密度對(duì)輸出功率的影響。最后，當(dāng)工作電壓為1.2kV，工作電流密度是94A/cm2，電流幅值大小為50mA的電條件時(shí)，這種擁有新型的繞線慢波結(jié)構(gòu)的返波管可以得到輸出功率大于154mW，工作頻率在335GHz，電子調(diào)諧帶寬超過24GHz的結(jié)果。
　　該研究成果對(duì)于太赫茲