回声增强型高次谐波倍频行波管的研究

作     者：李志 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巩华荣

授予年度：2014年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：太赫兹源 折叠波导 EEHG 慢波结构 

摘      要：近年来,越来越多的研究人员投身进了对太赫兹科学的研究。在电磁波谱上,太赫兹波段介于可见波和不可见波之间,对这一领域的研究具有丰富的应用前途和重要的学术价值。太赫兹技术目前已经广泛应用于生物医学、天文学、通信和军事等领域。但是,缺乏小型化的高功率太赫兹源严重阻碍了其发展。本文对一种新型的频率可调小型化太赫兹源器件——回声增强型高次谐波倍频行波管进行了深入的分析和研究,以非线性电子注的回声增强高次谐波产生机制及其在太赫兹倍频行波管中的应用为研究目的,揭示了非线性电子注的调控、谐波产生、增强和选择机制,为研制新型小型化大功率太赫兹源奠定了基础。本文的主要内容有:首先,介绍了自由电子激光的基本理论,推导出了电子在波荡器中的运动方程。介绍了自由电子激光的几种主要工作模式。重点分析了EEHG工作模式的结构和原理。然后,根据折叠波导慢波结构的色散和耦合阻抗特性,分析并总结了一种优化的设计折叠波导慢波结构的方法。然后采用非线性理论对折叠波导慢波结构中的注波互作用进行了研究。对回声增强型高次谐波倍频行波管进行了理论分析。然后利用仿真软件HFSS和CST进行模拟仿真。通过HFSS仿真折叠波导慢波结构的色散和耦合阻抗特性,以仿真结果为参考优化了慢波结构参数。在CST的粒子工作室中仿真整管的注波互作用,观察某些参数对输出信号的影响。仿真计算结果显示,电子注电压为24.5kV,电子注电流为4mA的条件下,输入2个功率分别为1.15W和0.72W的100GHz信号,可以得到5mW的输出信号,其中大部分成分为1THz频率的信号。最后,总结了前面的工作,提出了研究工作中遇到的主要问题。最后给出了下一步的工作内容。