太赫兹折叠波导行波管电子光学系统研究

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1、分类号密级．．．．．．．．．．．＾ＵＤＣ編号中国工程物理妍究院学位论文太赫兹折叠波导行波管电子光学系统研究宋替陈洪斌研烟指导教师姓名申请学位级别硕±专业名称幸缉电物驾论文提交日期？塑年￡月＿．．论文答辩日期施６生含月学位授予单位和日期中国工程物理研究院答辩委员会主席钱宝良评阅人．．．．慕强．．．董盡伟．．．金驗２０１６年５月３０日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含

2、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他一教育机构的学位或证书使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。＾学位论文作者签名；签字曰期；Ａ年如２日１学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院硏究生部有关保存、使、用学位论文的规定，允许论文被査阅借阅和送交国家有关部口或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可Ｗ将学位论文全部或部分内容编入有关数据、库进行检索，可Ｗ影印、缩印或扫描等复制手段保存汇编学位论文。学位论文作者签名；导师

3、签名费戸签字日期：年４月又日签字日期年《Ｉ中国工程物理研究院硕止－论文摘要一太赫兹科学技术作为口新兴学科，其应用前景广阔，各国在研究上都加大投入，一因此最近十几年发展很快。太赫兹源是太赫兹技术发展的基础，直也是发展的重点。一而太赫兹折叠波导行波管作为种电真空放大器，它在太赫兹频段具有Ｗ下特点，如大功率、宽频带的输出特性、结构较为简单、能使用现代成熟的微加工技术加工，是目前。最具发展潜为的小型宽带大功率太赫兹福射源，已成为国内外的研究热点太赫兹折叠波导行波管的电子光学系统设计目标在于实现髙电流密度、低电子束脉动和层流性好的电子束有

4、效传输。到了太赫兹波段，频率的上升导致电子光学系统的尺寸变小，因此电流密度会増大，空间电荷效应会増强，要在高电流密度情况下实现低的电子束脉动和好的层流性，电子光学系统的设计变得尤为困难；同时，由于在太赫兹波段，电子束是在直径不到化２ｍｍ的传输通道内运动，如何提高电子束的通过率，对于聚焦磁场系统的设计提出了更高的挑战。本论文Ｗ０．２２ＴＨＺ太赫兹折叠波导行波管电子光学系统为研究对象，主要研究工作如下：推导了轴对称条件下电子光学系统的静电场分布和周期永磁聚焦下近轴均匀层流电子束运动轨迹方程。使用Ｈ维粒子仿真软件对皮尔斯电子枪建立仿真模型，对重要

5、参数进行扫描，找出了结构参数与电子束参数的相关性，设计出符合太赫兹折叠波导行波－－１４Ｖ１４５管需求的电子枪，该电子枪阴极电压．５ｋ，控制极电压．ｋＶ，电子束通道直径０．１９ｍｍ，发射电流１１ｍＡ。一使用磁场仿真软件建立周期永磁结构模型，仿真并优化周期磁场分布，设计了套一周期磁场测试夹具，对实际磁场分布进行测量，测量结果与设计基本致，验证了磁场分布仿真的准确性。将周期永磁磁场分布和电子枪参数代入Ｈ维粒子仿真软件的粒子工作室，建立整管－ｋＶ－４ｋ束流传输模型，通过仿真优化，获得电子枪阴极电压１４．５，控制极电压１．５Ｖ，电子束通道直径０

6、．１９ｍｍ，发射电流１１ｍＡ，电子束通过率９６％的电子光学系统。研制了一套化２２ＴＨＺ折叠波导行波管流通管，开展了初步的实验研究，实验获得束流通过率９５％，并实现直流运行，验证了设计的合理性。一最后，基于该电子光学系统，研制了两支化２２ＴＨＺ折叠波导行波管；第支工作参－ｋＶ２ｍＡ９５％数为：阴极电压１５，电子束电流，电子，１２ＧＨｚ范围内输１束束流通过率Ｉ太赫兹折叠波巧行波管化下光学系统研究出功率大于２００ｍＷ，峰值大于３５０ｍＷ，３ｄＢ带宽大于１２ＧＨｚ，连续波运行；第二支工－１１作参数为：阴极电压５ｋＶ５ｍＡ９６％，电子束电流，电子

7、束束流通过率，峰值功率约一Ｌ２Ｗ，３ｄＢ带宽３．５ＧＨｚ，连续波运行。进步验证了电子光学系统设计的合理性。关键词：太赫兹折叠波导行波管电子光学电子束通过率周期永磁聚焦ＩＩ中国工程物理研究院硕±论文ＡｂｓｔｒａｃｔＴｅｒａｈｅｒｔｚＳｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｓａｎｅｍｅｒｇｉｎｇｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ，ｈａｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓＣｏｕｎｔｒｉｅｓａｒｅａｃｔｉｖｅｌｅｎａｅｄｉ打ｒｅｓｅａｒｃｈｓｏｉｔｄｅｖ