应用于太赫兹放大器的光栅-孔阵列高频结构研究

摘要

太赫兹科学技术无论在基础理论研究方面还是在实际应用领域，都取得了巨大的进步和发展。但是，目前制约太赫兹技术走向实际应用的瓶颈为小型化的高功率太赫兹辐射源，因此采用真空电子学放大器将功率水平提高到瓦级是推动太赫兹技术实现应用的有效途径。本文提出采用开敞的光栅-孔阵列高频结构以改善真空电子辐射源的性能，以此为例设计了工作频率0.14THz的放大器。
　　具体工作如下：
　　首先，研究了开敞的光栅-孔阵列周期慢波结构的高频特性。通过 HFSS仿真得到了需要的模式及其场分布；研究了横向侧壁、耦合孔对场特性的影响；研究了结构参数对色散特性和耦合阻抗的影响；研究了光栅-孔阵列结构中电磁波的传输特性。
　　其次，对太赫兹放大器进行了粒子模拟研究。采用粒子模拟方法研究了光栅-孔阵列结构中的注波互作用过程，分析了工作参数对器件输出性能的影响。最终，获得了工作频率142.4GHz、耦合输出功率67.2W、增益28dB、高频结构中注波互作用换能效率大于10％的太赫兹放大器。
　　研究结果表明，利用孔阵列结构增强光栅表面电场强度及耦合阻抗的特性，将有效提高器件的效率和单位长度的增益；带有底板及横向侧壁的光栅-孔阵列结构作为太赫兹放大器高频系统利于对信号进行馈入与提取，同时底板与横向侧壁的存在能够减少电磁波能量的外泄。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 太赫兹辐射源的研究进展

1.3高频结构的发展

1.4 本学位论文的主要工作和创新

第二章 周期慢波结构中的基本理论

2.1 引言

2.2 周期慢波结构的电磁波特性[36-38]

2.3 太赫兹放大器的主要参量

2.4 本章小结

第三章 光栅-孔阵列结构的高频特性分析

3.1 引言

3.2 光栅-孔阵列结构的物理模型

3.3 光栅-孔阵列结构的场特性分析

3.4 色散特性分析

3.5 光栅-孔阵列结构参数变化对色散特性的影响

3.6 耦合阻抗分析

3.7 光栅-孔阵列结构参数变化对耦合阻抗的影响

3.8 高频结构中电磁波的传输特性仿真分析

3.9 本章小结

第四章 太赫兹放大器的粒子模拟研究

4.1 引言

4.2 模拟模型及参数

4.3 三维粒子模拟结果分析

4.4 工作参数对输出的影响

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果