300ghz返波管的高频特性及实验研究

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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300GHz返波管的高频特性及实验研究专业学位类别工程硕士学号201522040915作者姓名吴星星指导教师吴振华副教授分类号密级注1UDC学位论文300GHz返波管的高频特性及实验研究（题名和副题名）吴星星（作者姓名）指导教师吴振华副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

2、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。ResearchonHighFrequencyCharacteristicsandExperimentof300GHzBackwardWaveOscillatorAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipl

3、ine:MasterofEngineeringAuthor:XingxingWuSupervisor:Prof.ZhenhuaWuSchool:SchoolofElectronicScienceandEngineering摘要摘要太赫兹（Terahertz，THz）波是指频率在0.1THz∼10THz(波长在0.03mm∼3mm之间)范围内的电磁波。太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，其应用非常的广泛，如THz时域光谱技术、THz成像技术、安全检查、THz雷达、天文学、太赫兹辐射以及生物医学等，近些年来，

4、太赫兹科学技术随着其产生机理方面、技术检测方面及应用技术方面的进步而得到了飞速发展。在太赫兹科学技术中，太赫兹源是所有科学研究与应用的基础，真空电子学是产生太赫兹辐射源的重要的方法之一，而返波管是众多真空电子学器件中的一个分类，它利用慢波结构上的返波与电子注发生相互作用而产生微波振荡，其在产生太赫兹辐射方面有着独特的作用。返波管的高频系统是返波管的主体部分，研究返波管高频系统就可以顺理成章地完成对相应的返波管进行研究。本论文主要研究返波管的慢波结构，慢波结构是返波管的核心部件，它是一种周期结构的高频系统，能在

5、足够宽的频带内传输反向慢电磁波（返波），也是电子注与电磁波发生注波互作用的重要场所。本文主要选取对称双光栅作为太赫兹返波管的慢波结构，并分别利用了CST和MAGIC软件计算了300GHz的对称双光栅的冷腔和热腔的仿真，后期并对它进行实验研究，但由于300GHz对称双光栅的实验难度非常高，本文决定先进行低频段（140GHz）的双光栅实验研究，在实验前也分别对140GHz对称双光栅进行了冷腔和热腔的计算，为了方便对两种不同频率的对称双光栅进行比较，本文着重研究了对称双光栅的槽深、周期、横向宽度以及电压等因素对其色

6、散曲线的影响，研究表明双光栅的槽深和周期与色散曲线成反比关系，电压与色散曲线成正比关系，而横向宽度对色散曲线的影响微小。本文热腔仿真主要研究了140GHz和300GHz对称双光栅的最佳电压、输出功率以及起振电流密度，研究表明，140GHz对称双光栅的最佳电压为6.4kv、输出功率为343w、起振电流密度为15A/cm2，300GHz对称双光栅的最佳电压为15kv、输出功率为47w、起振电流密度为40A/cm2，在大量的理论计算和模拟计算的基础上，并对高频结构进行了冷测设计和加工，以及热测的整管设计和实验平台的

7、搭建。这些研究对于太赫兹返波管的发展都意义深远。关键字：太赫兹，返波管，高频系统，对称双光栅IABSTRACTABSTRACTTheTerahertz(THz)wavereferstoanelectromagneticwavehavingafrequencyintherangeof0.1THzto10THz(wavelengthbetween3μmand3mm).Terahertztechnologyisaveryimportantcross-cuttingfieldanditsapplicationisve

8、ryextensive,suchasTHztime-domainspectroscopy,THzimaging,safetyinspection,THzradar,astronomy,terahertzradiation,andbiomedicine.Inrecentyears,tooHertzscienceandtechnologyhasdevelopedrapidlywiththedevelop