太赫茲倍頻行波管的理論與實驗研究.pdf

1、隨著科學技術的快速發(fā)展，交叉學科衍生出新的發(fā)展方向和研究領域，例如太赫茲技術。太赫茲波頻率位于紅外線與微波之間，因為其獨特優(yōu)越性被廣泛應用于大容量通信、電磁對抗、探測等領域。但是高功率低成本太赫茲輻射源的缺少，一定程度上的限制了太赫茲技術的發(fā)展。
　　將高次諧波自由電子激光的產生機理與行波管原理相結合，得到了一種新型的真空太赫茲源——高次諧波倍頻行波管（HHTWT）。該器件是采用價格低廉的毫米波信號源作為驅動得到太赫茲信號。HHT

2、WT的優(yōu)點是輸出信號功率大且輸出頻率可調。在 HHTWT中的兩段慢波線工作于不同的頻率，但是有相同的相速，所以設計困難。
　　本文設計出工作于346GHz的HHTWT，輸入信號頻率為84.5GHz-87.5GHz，功率均為100mW，輸出信號頻率為338GHz-350GHz，帶寬為12GHz，輸出功率100mW左右。并對工作于D波段的HHTWT的實驗結果進行分析
　　本文的主要工作有：
　　1)選取折疊波導作為HHTW

3、T的慢波線，設計出兩段工作于不同頻段的慢波線，調制段中心頻率為86.5GHz，輻射段中心頻率為346GHz，并對其高頻特性進行分析。
　　2)對工作于太赫茲波段的電子光學系統(tǒng)進行設計仿真，電子槍類型為皮爾斯無柵電子槍，聚焦系統(tǒng)為PPM。電子槍工作電壓19kV，工作電流15mA，電子注通道半徑為0.08mm。陰極發(fā)射密度 Jk=7A/cm2，導流系數(shù)pp??0.0057247，陰極面為平面，半徑為0.3mm。一般來說陰極面為平面的電

4、子槍的聚焦難度大，且層流性較差，經過一系列的仿真優(yōu)化最終得到了較好的層流性與聚焦效果。
　　3)對 HHTWT中的注波互作用過程進行了詳細的分析，設計出 HHTWT中完整的慢波結構，并對其進行優(yōu)化。調制段截止頻率為75GHz，78個周期。輻射段截止頻率為300GHz，40個周期。輸出信號為輸入信號的四倍頻信號，而且頻譜純凈，無低次諧波信號。
　　4)太赫茲波段的HHTWT設計難度大，對工藝要求高，所以先設計出一支工作與D波段