【摘 要】
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太赫兹技术有很多独特的性质,比如宽带宽、良好的方向性、高空间和时间分辨率,这些独特性质也决定了太赫兹波在研究和应用上具有巨大的潜力。在高速通信、雷达系统、天文物理、生物医学诊断和安全检测等领域引起了各国科研工作者的重视。作为现有能够产生太赫兹波技术之一的真空电子器件,由于其输出功率大、电子效率高,在实现太赫兹辐射源方面得到了广泛的应用。然而,随着电真空器件的工作频率向太赫兹频段的进一步拓展,一些高
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太赫兹技术有很多独特的性质,比如宽带宽、良好的方向性、高空间和时间分辨率,这些独特性质也决定了太赫兹波在研究和应用上具有巨大的潜力。在高速通信、雷达系统、天文物理、生物医学诊断和安全检测等领域引起了各国科研工作者的重视。作为现有能够产生太赫兹波技术之一的真空电子器件,由于其输出功率大、电子效率高,在实现太赫兹辐射源方面得到了广泛的应用。然而,随着电真空器件的工作频率向太赫兹频段的进一步拓展,一些高频系统体积过小所带来的频率制约和输出功率限制将成为产生太赫兹辐射技术的重要制约。本论文对太赫兹多注高阶扩展互作用振荡器进行了研究,振荡器选择TM51模作为工作模式,采用梯形周期结构,5个电子注通道,使用CST本征模求解器对振荡器参数结构进行分析优化,通过计算互作用间隙数不相同的腔体R/Q的值确定腔体间隙数为21个,通过色散曲线和不同模式的R/Q做工作模式与TM11,TM31模的竞争分析,确定在TM51模工作时,不会产生竞争。设计基于冷阴极的平行五注电子枪,解决高频器件中传统热阴极温度过高,容易造成击穿的问题,通过CST的仿真优化,在0.7T的聚焦磁场下,发射电流为0.36A,电子轨迹为带状。设计与电子枪与高频匹配的永磁系统,中间均匀磁场部分磁场强度为0.7T,有18mm的均匀磁场距离。对EIO做粒子模拟分析,分析不同电压和不同聚焦磁场对EIO的输出产生的影响,得到最佳的聚焦磁场为0.7T,最好的工作电压为19.85k V,在最佳的工作电压和聚焦磁场条件下,五注总工作电流为0.36A时,输出为TE10模时,得到最大输出为29W,效率为0.4%,输出信号为301.45GHz。为了进一步提升效率,设计了耦合模式不同的输出结构,设计输出TE30模和TE50模的输出结构,在工作电压为19.85k V和聚焦磁场0.7T的条件,输出TE50模时得到最大输出功率为310W。
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