真空电子太赫兹器件研究进展

太赫兹波因其具有电子学与光子学的特性,所以在深空探测、无损检测、通信及安检等领域有巨大应用潜力。近些年,太赫兹技术的迅猛发展离不开太赫兹真空电子器件的不断进步。由于尺寸共度效应及电子束发射性能的限制,这类器件在迈向更高频段过程中遇到了不小的困难。针对这些问题,研究人员通过改良高频结构、控制加工精度、制备更优性能的材料、更精准的计算手段等一系列措施进行解决。本文介绍几种主流小型化太赫兹器件研究过程中的解决方案及最新进展,最后根据现阶段发展情况总结未来可能会遇到的问题及解决方法。

基于U形准平板传输线的太赫兹返波振荡管的研究

为了获得一种宽频带、高功率、高效率的太赫兹辐射源,提出并分析了一种基于U形准平板传输线慢波结构的新型返波振荡管。由高频特性分析得到:和交错双栅慢波结构相比,U形准平板传输线慢波结构的耦合阻抗有大幅度提高。粒子模拟结果表明:采用工作电压7~22kV和电流60mA的圆形电子注,新型返波管能够在110~153GHz产生大于48 W的峰值输出功率,电子效率大于6%。

双注多翼片加载的平面介质杆支撑曲折线慢波结构

针对现有的一种平面介质杆支撑的曲折线慢波结构,提出了利用翼片加载技术修正色散特性,从而有效扩展其工作带宽的方法。模拟仿真结果显示,多翼片加载的曲折线慢波结构和无翼片加载慢波结构相比,3dB带宽从4.5扩展到5.4 GHz,工作电压由11100降低至10100 V,同时增益和电子效率基本保持不变。