太赫兹扩展互作用速调管研究

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1、摘要太赫兹波在电磁波谱中占有重要的位置，它具有毫米波和红外线所不同的性质。近年来，由于一些新的太赫兹技术出现，在世界范围内引起一波研究太赫兹的浪潮。2004年太赫兹技术被评为影响未来世界的十大科技之一。在上个世纪80年代以前，由于缺乏太赫兹的有效产生方法和检测手段，人们对该波段认识甚少，但是，由于近年来超快激光技术的迅速发展，为太赫兹辐射脉冲的产生提供了稳定可靠的激发光源，推动了太赫兹技术在基础研究、工业、军事以及生物科技领域的应用。目前，太赫兹辐射的独特性质在生物医学、微电子学、农业、通讯、反恐以及其他领域应用，已展示了它具有极大的价值。

2、然而，在太赫兹的发展中，存在一些制约太赫兹技术的发展因素。其中主要的有缺少轻便、经济适用以及能提供连续的、平均功率较高的太赫兹辐射源。目前，世界许多国家相继开展了太赫兹技术的深入研究，已取得了重要的进展。但是，如何提高太赫兹脉冲的功率是许多国家研究的一个重要方向。为了提高太赫兹脉冲的功率，本文根据微波电子学理论，设计了一种太赫兹扩展互作用速调管放大器件。通过对其线路特性、高频系统中电子注的调制、群聚、电子注与高频场的互作用过程进行研究以及数值模拟，得到了一种新型的太赫兹放大器。本论文的主要内容如下：介绍了太赫兹的发展过程和太赫兹技术的应用；

3、概述了速调管的发展和特点，对速调放大器的现状进行了综述。介绍了扩展互作用速调管的主要结构以及它们的发展趋势。本文系统介绍了速调管的群聚理论：利用群聚理论，进行了太赫兹EIK小信号分析；利用空间电荷波理论，对扩展互作用速调管的工作原理进行了研究。在文中，研究了两种结构的扩展互作用速调管放大器。一种输出在十三腔，另一种输出在十四腔的模型。利用电磁模拟软件CST对它们进行冷仿真，得到放大器的几何参数、色散曲线和工作点；利用PIC软件对它们进行热仿真，在十四腔的结构中，选择器件的工作电压为12．54kV，工作电流64mA，在输入峰值功率为15．79

4、roW，频率为222．731GHz的TEIo情况下，得到输出峰值功率为16．765W,其放大倍数为30dB，效率为1．043％。在十三腔的结构中，选择器件的工作电压为12．74kV，工作电流77mA，在输入平均功率为5．7row、频率为222．74GHz的TElo摘要波的条件下，得到输出峰值功率为36．969W,其放大倍数为38．12dB，效率为3．76％。关键词：太赫兹技术，扩展互作用速调管放大器，PIC仿真，色散曲线UABSTRA(玎ABSTRACTTerahertzisatanimportantpositionintheelectro

5、magneticradiofrequenciesanditispossessedofdifferentpropertiesofmillimeterwaveandinfrared．Recently,thenew5urgeofresearchonterahertzarosefromsomeappearanceofnewTerabertztechnologyintheword．Terahertztechnologyisvalued瑟oneofthetensciencetechnologiesinfluencingthefutureofthewor

6、ldin2004．Peoplehadlearntveryfewaboutterahertzwavelimitedbylackingeffectivewayoftransmitteranddetectionbefore80’sof20thcentury．However,Therapiddevelopmentofultra-fastlasertechnologyhasofferedastabileandreliablelasersourceforproductionofterahertzradiationpulses，whichhaspromo

7、tedthebroadapplicationofterahertztechnologytofieldsinbasicresearch、industry、militaryaffairsaswdlasbiotechnologyfield．Atpresent，terahertzisshowingitsagreatmuchofpotentialvalvebecauseterahertzespecialpropertieshavebeenappliedtobiomedical，microelectronics，agriculture，communic

8、ation，counter-terrorismaswellastheotherregion．However,therearesomerestrictedfacesduringte