频率超宽带连续可调太赫兹回旋管电子枪研究

作     者：张延庆 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘頔威

授予年度：2020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 回旋管 磁控注入式电子枪 速度比 速度离散 

摘      要：太赫兹技术作为一种具有广泛应用前景的前沿科学技术,在最近的数十年间已经受到了深入的研究。目前科研界以探索太赫兹技术的应用为目的,围绕着太赫兹技术这一核心已经发展和研制出了多种类型的新型太赫兹辐射源。其中,回旋管作为太赫兹辐射源器件家族的重要一员,凭借着其能够在毫米波段与亚毫米波段产生宽频带、大功率的太赫兹波,得到了广大科研人员的青睐,并且有望在卫星通信、电子对抗、和动态核极化核磁共振（DNP-NMR）等在内的多个领域得到广泛的应用。磁控注入式电子枪可以为回旋管产生电子注,电子注的性能将会对回旋管的功率和效率等性能指标产生重要影响。本文结合课题组的科研项目,在对电子光学理论进行深入研究的基础上做了大量的数值计算和分析。利用粒子模拟软件,完成了0.5THz连续波频率可调回旋管磁控注入式电子枪的设计,产生了能够满足提升回旋管效率等性能指标的低速度离散和高速度比的电子注。本文的研究内容主要有:1、从最基本的麦克斯韦方程组出发,系统地分析和阐述了强流电子光学理论。基于角动量守恒定理和绝热压缩理论,详细阐述了电子枪的基本理论,并分析、推导和总结了一组用于计算电子枪初始结构参数的方程组,为电子枪的设计和研究提供了理论依据。2、根据电子光学与电子枪的基本理论并结合回旋管性能要求,利用粒子模拟软件设计出用于0.5THz连续波频率可调回旋管的单阳极电子枪和双阳极电子枪。单阳极电子枪的速度离散与速度比分别为2.7%和1.3。双阳极电子枪的速度离散和速度比分别为6.7%和1.4。两种结构的电子枪均满足回旋管对电子注的性能要求。3、电子枪的仿真数据与实际的实验往往存在一些偏差,这些偏差常常由加工精度、装配误差以及仪器设备的误差导致的。鉴于此,为了减小实验与仿真之间的误差,本文在电子枪的设计阶段便对这些可能出现的偏差进行考虑。比如在设计过程中,通过在一定范围内调整电子枪的结构参数与电参数来模拟实际加工和实验过程中可能存在的误差。从而提升电子枪在后续热测实验中的容错性。最后在通过观察和分析电子枪电参数和结构参数对电子注性能的影响后,总结了优化电子枪以提升电子注性能的方法。