【摘 要】
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太赫兹波(THz)有着其他波段电磁波无法比拟的独特优点,因此在信息科学、生物学、医学、天文学、环境科学、安全检测等领域都有着重要的应用价值。目前,缺乏高频率、低造价、便携性的室温太赫兹源已经成为太赫兹技术发展的主要障碍。真空电子器件行波管放大器具有高频、高增益、小尺寸的优势,其与现有低价、便携、微弱功率THz源结合,获取较大功率THz信号是可行方向之一。目前适用于THz波段的行波管慢波结构主要是折
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太赫兹波(THz)有着其他波段电磁波无法比拟的独特优点,因此在信息科学、生物学、医学、天文学、环境科学、安全检测等领域都有着重要的应用价值。目前,缺乏高频率、低造价、便携性的室温太赫兹源已经成为太赫兹技术发展的主要障碍。真空电子器件行波管放大器具有高频、高增益、小尺寸的优势,其与现有低价、便携、微弱功率THz源结合,获取较大功率THz信号是可行方向之一。目前适用于THz波段的行波管慢波结构主要是折叠波导(FWG)慢波结构,其具有尺寸大、带宽较宽、功率容量大和易集成等优点,具有十分广阔的发展前景和研究意义。但FWG慢波结构的相位速度通常较高,为了使电子束的速度与其相位速度匹配,通常需要较高的升压,这限制了FWG慢波结构在实际中的使用。为了降低FWG慢波结构的相位速度,基于介质波导理论及亚波长波导模场异常限制现象,本文提出基于薄层介质的折叠波导(FWG-TD)慢波结构。阐述该结构慢波机理,提出可行结构,对该结构进行了分析,理论及仿真表明,薄层介质的引入能够使得电磁波基模的横向模场主要部分在折叠波导中传输,而介质中以衰减模的形式存在,从而使得模式的相速得以降低。为了使该结构与传统波导之间具有良好的传输特性,本文还设计了该结构与矩形波导之间的输入输出耦合结构。经过时域仿真表明增加耦合结构的慢波结构具有良好的传输特性。最后,本文开展了850GHz波段的基于薄层介质的折叠波导慢波结构行波管的粒子仿真(Particle-in-Cell,PIC)。PIC仿真结果表明,针对850GHz信号,输入电压为50mV,即输入功率为1.25mW时,本文所提结构的输出功率达到饱和,输出信号功率达到了605mW,增益为26.85dB。该强度足以满足一般用途,极大的扩展了THz应用的可行性。
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