[发明专利]一种太赫兹相速渐变折叠波导振荡器

说明书

本发明公开了一种太赫兹相速渐变折叠波导振荡器，包括电子枪、与电子枪输出连接的高频结构、所述高频结构穿过用于聚焦电子束的磁系统、所述高频结构的另一端连接到收集极，所述收集极与高频结构的连接处连接有用于输出太赫兹高频电磁波信号的输出窗结构；所述高频结构为相速渐变结构；本发明能够在较小的电流条件下，输出比返波管更大的输出功率，拓展了太赫兹频段下的可用源的范围，满足部分系统的大功率源的需求。这一方法已被应用于太赫兹辐照等应用当中，具有很强的实际应用价值，为推动太赫兹相关产品的开发和应用奠定了基础。

技术领域

本发明涉及微波电真空器件技术领域，具体涉及到一种太赫兹相速渐变折叠波导振荡器。

背景技术

振荡管是一种自激振荡产生微波信号输出的电真空器件，作为信号源相较与返波管，具有更大输出功率的特点，在电磁干扰、信号源系统和成像系统中具有较广的应用前景。折叠波导结构由于其高频结构具有全金属结构、竞争模式较少、功率容量大等特点，已成为100GHz以上频段具有应用前景的微电真空器件结构之一。

中国电子科技集团公司第12研究所蔡军（蔡军等，太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器，太赫兹科学与电子信息学报，2014年4月出版）在文中就介绍了太赫兹止带振荡器的设计加工等，其为利用上止带高增益特点进行设计的振荡器，为太赫兹止带振荡器提供了很好的参考。但是其起振电流较高，对电子枪要求较严，不利于形成稳定的连续波信号源输出。

发明内容

本发明的目的是为了克服起振电流较高的缺点，降低电子枪的研制压力，提出了一种太赫兹相速渐变折叠波导振荡器，其利用近下止带位置色散强烈，耦合阻抗大的特点，并通过相速渐变的设计方案来进一步降低振荡的起振电流，降低电子枪设计压力，来达到稳定输出功率的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种太赫兹相速渐变折叠波导振荡器，包括电子枪、与电子枪输出连接的高频结构、所述高频结构穿过用于聚焦电子束的磁系统、所述高频结构的另一端连接到收集极，所述收集极与高频结构的连接处连接有用于输出太赫兹高频电磁波信号的输出窗结构；所述高频结构为相速渐变结构。

在上述技术方案中，所述高频结构分为两段，两段高频结构的相速不同。

在上述技术方案中，所述高频结构从电子枪一端到收集极一端的相速渐变增加。

在上述技术方案中，靠近电子枪的高频结构的相速高于靠近收集极的高频结构的相速3%~10%。

在上述技术方案中，所述电子枪、高频结构、磁系统、收集极、输出窗结构连接后的内部空间为密封真空。

在上述技术方案中，所述高频结构的设计方法为：

步骤一：对初始段的慢波结构进行特性分析；

步骤二：改变慢波结构中一段的尺寸使得为跳变段慢波结构，然后对其进行特性分析，使得跳变段慢波结构比初始段慢波结构相速降低3%～10%；

步骤三：将不同慢波结构的特性值进行模拟分析，分别设计出初始段慢波结构长度和跳变段慢波结构长度。

在上述技术方案中，所述特性分析为编程或利用电磁仿真软件进行的色散特性分析、慢波损耗分析、耦合阻抗分析。

在上述技术方案中，所述特性值的模拟分析为将色散特性及耦合阻抗特性进行非线性互作用粒子模拟。

在上述技术方案中，所述步骤二中，跳变慢波结构的耦合阻抗降低量在5%以内。