资源描述：
《型毫米波器件太赫兹回旋管的现状与发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、新型毫米波器件太赫兹回旋管的现状与发展刘三星（南京航空航天大学电子信息工程学院，南京市，211106）摘要：回旋管（CRM）是一种新型的毫米波器件，其中利用最为广泛的就是太赫兹回旋管。本文简要介绍回旋管的结构和基本原理，评述国内外太赫兹回旋管的发展现状和趋势，同时指出其发展过程中存在的一些关键问题及自己的建议。关键词：回旋管；太赫兹回旋管；毫米波；高功率Situationanddevelopmentofthenewmillimeter-wavedevicesterahertzgyrotronLiuSanxing(ElectronicsandInformationEngineer
2、ingofNanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing,210016)Abstract：Thegyrotron(CRM)isanewtypeofmillimeter-wavedevices.Whichtakeadvantageofthemostwidelyusedistheterahertzgyrotron.Thisarticlebrieflydescribesthestructureandthebasicprinciplesofgyrotronrevieweddomesticandforeignterahertzg
3、yrotrondevelopmentstatusandtrends,andalsopointedoutthatsomeofthekeyissuesinthedevelopmentprocessandrecommendations.Keywords:GyrotronTerahertzGyrotronMillimeterwaveHighpower1引言THz波（太赫兹波）或称为THz射线（太赫兹射线）是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。之前很长一段时间涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵
4、敏探测器的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。近些年来，由于很多方面的需求，太赫兹又有了很大的发展。图 传统微波管、激光器件与回旋管从上世纪50年代末开始，电子回旋脉塞的研究和反展促成了回旋管的诞生。从应用的角度说,回旋振荡管一般可以分为三类:一类频率在70GHz～170GHz范围,被用于国际热核实验反应堆(ITER)和欧共体在德国建造的W7-X仿星受控热核聚变装置中电子回旋加热(ECRH)、电子回旋诊断(ECD)和电子回旋电流驱动(ECCD),这些方面的应用对管子的输出功率要求较高,达兆瓦级以上,所以此类振荡器一般采用模式次数较高且模式稳定性较好的高阶边廊模式工作。另一类则
5、是工业或科学上应用的中等功率(几十到数百千瓦)回旋管,用于如材料处理与改性,特种陶瓷烧结和医学工程如核磁共振(NMR)等。第三类是用于亚毫米波范围(亚太赫兹和太赫兹频率波段)的回旋管[1]。2回旋管的结构和工作原理单腔回旋振荡管的基本结构,由电子枪、高频互作用电路、磁场系统、收集极和输出耦合装置几部分组成。其主要工作原理:由磁控注入电子枪发射的空心环状电子注,经过一段逐渐增强的磁场,产生绝热压缩,使得电子的部分纵向动能转化为横向动能。然后,电子注进入高频互作用电路———圆柱开放式谐振腔,并与腔中的高频电磁场相互作用,将其动能转化为高频场场能。最后,经过能量交换后的电子离开高频互
6、作用区,在迅速减弱的磁场中打在管子的收集极上,被收集极吸收,同时,腔中电磁场经腔体的输出窗输出。在回旋振荡管中,电子注与第s次角向回旋谐波的相位同步条件为ω≈sωc+KzVz式中,ω为振荡频率;ωc为回旋频率;Kz=为纵向传播常数,k=ω/c为波数;Vz为电子的轴向速度。受腔体横向边界条件的约束,开放式谐振腔中模式的kz与ω还满足如下的色散关系。ω²＝C²Kz²+C²Kmn²回旋振荡管一般工作在以上两个方程的根,靠近工作模式的截止频率,且工作频率略高于腔模的截止频率。Fc=式中Xmn是m阶Bessel函数的导数Jm′(x)的第n个零点,从而可估算出腔体的半径Rw=。此外,根据文
7、献中所给起振电流公式,可以估算腔内模式的起振情况,通过合理选择工作模式与竞争模式之间的模式间隔与磁场来抑制竞争模式,以保证工作模式的稳定性[2][3][4]。3太赫兹回旋管的国内外研究概况受控热核聚变中等离子体加热对大功率毫米波源的强烈需求促进了回旋振荡管的研究,20世纪60年代是回旋振荡管开始蓬勃发展的时期。前苏联的研究小组率先在1960年前后建立了回旋振荡管的线性及非线性理论,并在发展了磁控注入枪和开放式谐振腔两项新技术后,成功研制出第一个回旋单腔振荡管。20世纪90年代,由于化学气相沉
