太赫兹倍频行波管的实验研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目太赫兹倍频行波管的实验研究专业学位类别工程硕士学号201522040841作者姓名邓迪夫指导教师巩华荣教授分类号密级注1UDC学位论文太赫兹倍频行波管的实验研究（题名和副题名）邓迪夫（作者姓名）指导教师巩华荣教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2018.04论文

2、答辩日期2018.05学位授予单位和日期电子科技大学2018年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheResearchofTerahertzHighHarmonicTravelingWaveTubeAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MaterofEngineeringAuthor:DifuDengSupervisor:HuarongGongSchool:SchoolofElec

3、tronicScienceandEngineering摘要摘要太赫兹波是一种处于毫米波与红外线波之间的电磁波，有时我们会称之为亚毫米波或者超微波。太赫兹技术广泛地应用于军工、高数据率通信、航天航空、爆炸物探测等潜在领域。大功率真空器件是实现我们所需太赫兹源的最有前途的办法之一。本文中，我们将自由电子激光原理与行波管注波互作用原理相结合，进行分析与研究，得到一种新型的太赫兹真空行波管器件——太赫兹双注高次谐波级联行波管。该器件的优点是通过造价较为低廉的毫米波源作为驱动得到稳定的、高功率太赫兹波信号。毫米波信号对电子束进行调制，而后产生具有各阶次

4、的高次谐波信号的电子束，在接下来的慢波结构中，对高次谐波进行选择性放大并抑制其余的谐波信号，而后，第二电子注对高次谐波信号进行功率放大。本文的主要研究内容有：1、对慢波结构的高频特性进行分析，同时对损耗的理论部分也进行了阐述，介绍了折叠波导的基本理论。2、对太赫兹双注高次谐波级联行波管的电子光学系统进行设计仿真，我们选用的电子枪类型为皮尔斯无栅电子枪，聚焦系统为周期永磁结构（PPM），电子枪工作电压为19kV，工作电流为10mA，电子注通道半径为0.1mm。电子枪阴极面为曲面，经过我们的一系列优化，可以得到层流性较好、聚焦情况优良的电子光学系

5、统，应用于本文中的太赫兹双注高次谐波级联行波管。3、对输入输出结构进行分析研究，设计了W波段的输入窗结构、太赫兹输出窗结构以及它们的过渡波导结构，W波段输入窗驻波比小于1.4，太赫兹波段输出窗小于1.3，输入窗过渡波导的驻波比小于1.25，输出窗过渡波导的驻波比小于1.05，数据结果优良。4、介绍了行波管的注波互作用的基础理论，并对太赫兹双注高次谐波级联行波管的注波互作用进行了分析与研究，从而对其进行优化处理。输入100mW的84.5GHz—87.5GHz的W波段信号，得到了50mW—1.62W的四倍频（343GHz—348GHz）太赫兹输出

6、信号。输出信号频谱纯净无其他杂波信号干扰，从而证明太赫兹双注高次谐波级联行波管可以放大信号且可得到较为优秀的高次倍频输出信号，为应用奠定了理论基础。5、对设计的太赫兹双注高次谐波级联行波管的输入输出窗、过渡波导等进行测试，并对设计的一支D波段倍频管进行加工测试，验证倍频的可行性，为太赫I摘要兹波段的倍频管提供理论基础。关键词：太赫兹双注高次谐波级联行波管，折叠波导，慢波系统，电子光学系统IIABSTRACTABSTRACTInthefieldofelectromagneticfield,theterahertzwhichknownassubm

7、illimeterwavesandultramicrowaves,areakindofelectromagneticwavesbetweenmillimeterwavesandinfraredrays.Terahertztechnologyiswidelyusedinmilitaryindustry、highratecommunication、aerospace、explosivedetectionandotherpotentialareas.Microwavevacuumdevicesareconsideredasthemostpromis

8、ingwaytorealizeTHzsourceinsociety.Inthispaper,wecombinetheprincipleoffreeelectronl