基于pseudospark放電產(chǎn)生電子束的Y波段擴(kuò)展互作用振蕩器研究.pdf

1、近年來，太赫茲輻射因其獨(dú)有的特性在高數(shù)據(jù)速率通信、分子光譜、生物光譜、醫(yī)療診斷等方面得到廣泛應(yīng)用，但又因其缺乏輕便可靠的太赫茲輻射源而制約了其發(fā)展。因此高功率、輕便小型化的太赫茲輻射源受到許多國家的廣泛關(guān)注和研究。擴(kuò)展互作用振蕩器(EIO)就是一種正處于發(fā)展階段的重要太赫茲輻射源。它是一種集速調(diào)管的高功率、高增益與行波管的寬帶等優(yōu)點(diǎn)于一體的電真空高功率源。隨著 EIO器件向更高的毫米波段及太赫茲波段發(fā)展，器件尺寸的縮小，怎樣提高器件的功

2、率密度及功率容量成為EIO研究重點(diǎn)之一。
　　在本論文主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)地介紹了太赫茲發(fā)展史、現(xiàn)狀以及Pseudospark(PS)放電；概述了擴(kuò)展互作用振蕩器的發(fā)展、工作原理及現(xiàn)狀，并簡要概括了本文所選用模型及小信號理論；Y波段 EIO器件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、仿真結(jié)果分析；基于PS放電產(chǎn)生電子束的速度離散對Y波段的EIO器件性能的影響。
　　本論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)使用PS放電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生

3、電子束。在沒有外加磁場的條件下，PS放電產(chǎn)生的電子束可以實(shí)現(xiàn)自我聚焦。不再需要外加磁場，使得整個器件變得更為輕便化小型化。隨著器件工作頻率的增高，太赫茲范圍內(nèi)工作的EIO器件也會對電子束質(zhì)量要求更高。而PS放電能產(chǎn)生強(qiáng)流密度、高亮度、納秒級的軸對稱電子束脈沖，其電流密度高達(dá)108 A/m2，亮度高達(dá)1012 A/m2 rad2。PS放電產(chǎn)生電子束的優(yōu)良束質(zhì)正好滿足高頻率工作EIO的需求。
　　(2)借助高頻電磁模擬軟件CST及CH

4、IPIC，設(shè)計(jì)及優(yōu)化了一款工作在Y波段（工作主頻約為283.7GHz）擴(kuò)展互作用振蕩器。在電子束電壓為36kV，電子束電流密度達(dá)到800A/cm2(電流為0.25A)的情況下，峰值輸出功率為1.85kW，電子效率達(dá)到10％。
　　(3) PS放電產(chǎn)生的電子束本身具有一定的速度離散，所以為了更好的提高EIO器件的性能，研究了速度離散對 EIO器件性能的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電子束電流為一定值時，Y波段的EIO在一定的速度離散范圍內(nèi)可以保持穩(wěn)定