220GHz耦合腔扩展互作用速调管研究
太赫兹(Terahertz, THz)波是指频率在0.1~10THz,波长为0.03~3mm范围内的电磁波,其波长所处的位置位于微波毫米波与红外线之间。由于其自身的特性,太赫兹技术具有广泛重要的应用前景,近年来已经成为国内外学术界最热门领域之一。 太赫兹辐射源是太赫兹科学技术应用的关键因素之一,因此对太赫兹源的研究十分重要。扩展互作用速调管是一种可工作于太赫兹频段的辐射源,本文首先对其进行基础理论分析,在此理论基础上设计了一种220GHz三腔结构的矩形通道耦合腔扩展互作用速调管,模拟研究其工作的可能性。本文中,电子通道采用矩形结构,输入腔才采用喇叭口输入结构,输出腔采用矩形波导结构。 采用CST软件对其高频结构进行冷腔模拟仿真。首先对单周期结构扩展互作用腔进行冷腔仿真,研究腔体各结构参数对其色散特性,耦合阻抗,特性阻抗的影响,找出合适的腔体结构参数。通过色散曲线得到其工作参数范围。再对多间隙腔体进行冷腔仿真,找出其工作模式,并研究其2π工作点的场分布。最后再模拟研究输入腔、中间腔、输出腔冷腔结构特性,计算其固有品质因数。 结合冷腔仿真所得工作参数,通过三维粒子模拟软件MAGIC对整个耦合腔扩展互作用速调管结构进行热腔仿真,研究各工作参数对输出功率的影响。优化各参数,得到在阴极电压为13.4kV,输入波频率为220.248GHz,电流密度为63A/cm2,工作电流为34mA,磁场为0.5T时,输入功率为3mW条件下,输出峰值功率为21.468W,平均功率为10.734W,增益约为35dB,效率为2.36％,3dB带宽约为180MHz。 仿真结果表明在所选工作参数恰当下,本文所设计的耦合腔扩展互作用速调管可以工作在太赫兹频段;为下一阶段的实际制管和更高频率的扩展互作用速调管研究奠定基础。
扩展互作用速调管;太赫兹;真空电子;粒子模拟
电子科技大学
硕士
物理电子学
张开春
2014
中文
TN122
68
2014-09-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）