一种改进型多段回旋谐振腔的电磁特性分析

发布时间：2020-11-03 02:55

　　 回旋管作为极具发展潜力的太赫兹辐射源,其频率可调性能受到了广泛的关注。许多用到回旋管的技术领域,将会因为回旋管频率可调性能的提升而得到进一步的发展。通过激励起一系列只有轴向模式数不同的模式,就有可能让回旋管实现频率可调。回旋管克服了尺寸共度效应,使得其有较大的谐振腔尺寸。那么,通过改进其腔体结构,提高回旋管频率可调性能也成为可能。谐振腔体的改进涉及传统三段腔中的输入段、互作用段和输出段。对与输入段和输出段的改进,将会增加带有倾角的圆柱波导;互作用段的改进则为改变其倾角,保持其腔体长度不变。适当的腔体结构改进会使得有较大轴向模式数模式的起振电流降低。因此,回旋管在一定工作条件下的频率调节带宽就会变得更宽。本文主要工作内容如下:1.从一阶传输线方程出发,结合边界条件,求得了体模、边廊模和对称模的谐振频率和衍射品质因数。接着推导了欧姆品质因数的表达式,求出了不同模式的欧姆品质因数,结合衍射品质因数得到总品质因数。2.在不同谐振腔的改进结构中,分析了上述不同模式的谐振频率、衍射品质因数、欧姆品质因数和总品质因数的变化情况。得到了输入段结构改进,互作用段结构改进和输出段结构改进对上述各参数有不同的影响,为改进型腔体的设计提供了依据。3.对于回旋管谐振腔有效长度的求解,给出了两种思路:一种是利用散射矩阵,另一种是利用仿真软件。本文利用仿真的方法对回旋管谐振腔有效长度进行了简单的分析。4.基于上述分析,设计了一种改进型回旋管谐振腔体。与传统三段腔进行比较,该腔体在相同的工作条件下,具有更宽的频率调节范围。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TN12;O441.4
【部分图文】：

第一章绪论1第一章绪论1.1研究工作的背景和意义在十九世纪末，弗莱明（Fleming）用“太赫兹”这一词来描述微波和红外之间的一段频率。太赫兹频段的范围一般是109Hz到1013Hz，从作为尚未被人类完全有效开发的太赫兹技术，其发展和应用前景吸引着全世界科技工作者的关注[1-3]。较小的波长，让太赫兹频段在成像领域有巨大的优势。高分辨率使得太赫兹技术在空间遥感，雷达技术等方面有极大的发展潜力[4]。太赫兹波对生物组织的伤害小，所以在生物成像方面太赫兹技术也极大的应用空间[5]。太赫兹频段所具有绝对带宽，可以使得以太赫兹波为载体的通信系统得到变革型的发展，还将会带来巨大的经济效益[6]。在二十世纪初期，美国就将太赫兹技术放在“改变未来世界的十大技术”之列，众多的高校和科研机构都致力于太赫兹科学技术的研究以及应用开发[7-18]。图1-1电磁波频谱图1-2太赫兹安检

第一章绪论1第一章绪论1.1研究工作的背景和意义在十九世纪末，弗莱明（Fleming）用“太赫兹”这一词来描述微波和红外之间的一段频率。太赫兹频段的范围一般是109Hz到1013Hz，从作为尚未被人类完全有效开发的太赫兹技术，其发展和应用前景吸引着全世界科技工作者的关注[1-3]。较小的波长，让太赫兹频段在成像领域有巨大的优势。高分辨率使得太赫兹技术在空间遥感，雷达技术等方面有极大的发展潜力[4]。太赫兹波对生物组织的伤害小，所以在生物成像方面太赫兹技术也极大的应用空间[5]。太赫兹频段所具有绝对带宽，可以使得以太赫兹波为载体的通信系统得到变革型的发展，还将会带来巨大的经济效益[6]。在二十世纪初期，美国就将太赫兹技术放在“改变未来世界的十大技术”之列，众多的高校和科研机构都致力于太赫兹科学技术的研究以及应用开发[7-18]。图1-1电磁波频谱图1-2太赫兹安检

电子科技大学硕士学位论文2太赫兹及其相关技术是各个国家和科研机构想要占领的技术高地。其中，太赫兹源就是太赫兹研究者讨论的热点话题。太赫兹频段所处的特殊位置，虽然让传统的电子学器件或者光子学器件在该频段无法正常工作，但这也为产生太赫兹辐射提供了两种参考思路[19-20]。第一种思路既是参考电子学的理论研究，将其工作频率降低至太赫兹频段。这种思路产生的太赫兹辐射，位于太赫兹频段的高频部分，可以用于光谱学及其成像等应用场景；第二种思路为将电子学中的研究方法作为基础，再将电磁波的频率升高到太赫兹频段。这种思路产生的太赫兹辐射，位于太赫兹频段的低频部分，可应用于传统微波技术领域，如通信，雷达等。但是，这两种方法的缺点也都比较明显。固态太赫兹源因其高损耗，低功率且难以做到太赫兹频段，其开发仍然面临很大的困境。飞秒激光这一脉冲功率很高的太赫兹源，有着效率低这一缺点，使其在太赫兹技术的应用上受到很大的制约。高能粒子在高速回旋运动中，利用同步辐射也可以产生太赫兹波，但是高昂的造价，装置体积大且不能移动等缺点，使得其只可以工作在特定的场景。依据思路二所发展起来的电子真空器件，成为了太赫兹波最重要的辐射源之一，在太赫兹技术中的应用前景非常广泛。电真空器件作为产生太赫兹辐射的一种手段，拥有众多的分支。回旋管是一种基于自由电子受激辐射机制的电子真空器件。特殊的辐射机制，使得回旋管克服了行波管和速调管等传统电真空器件难以解决的问题——尺寸共度效应。较大的腔体尺寸，为高频结构的创新提供了更多的可能。可以大功率输出这一特性，让回旋管的应用场景更广阔[21]，如可以应用与动态核极化，核磁共振，电子回旋加热等科学技术领域。图1-3电真空器件输出功率
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本文编号：2867996