专利名称：一种大功率毫米波与太赫兹辐射源装置的制作方法
技术领域：
本发明属于微波真空管件技术领域，具体的说涉及一种大功率毫米波与太赫兹辐射源装置。
背景技术：
THz辐射通常指的是频率在0.1THz IOTHz之间的电磁波，THz频域位于毫米波和红外辐射之间，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区域，也是电子学和光子学的交叉区域，在太赫兹频谱技术、太赫兹成像和太赫兹通讯等应用前景良好。太赫兹辐射的量子能量很低，信噪比很高，频率极宽，具有一系列特殊的性质，在基础研究、信息技术、核技术、生物医学、安全检测和国防军事等领域有相当重要的应用前景。在与太赫兹技术相关的诸多研究领域中，对太赫兹辐射源的研究占据了核心位置。目前有很多方法都可以产生THz辐射，利用自由电子的THz辐射源是其中之一，包括THz真空器件、电子迴旋脉塞和自由电子激光。对于真空电子器件，电子在真空中可以被加速到接近光速的运动速度，具有快速转换功能；可以工作在很高的电压和电流的条件下，可以获得大功率输出；电子在真空中的速度可控，当电子完成互作用后，通过多级降压收集极回收电子能量，可以获得很高的总效率。引入最先进的微加工技术，利用折叠波导慢波结构的太赫兹真空器件成为太赫兹频域的一种大功率、小型化辐射源，目前在真空电子学领域得到了广泛的关注。然而现有获得大功率的太赫兹辐射源成本高，同时获得的太赫兹辐射信号的频率调谐与电子束电压关系大，易因电子束的波动造成频率的波动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，能够获得稳定的大功率太赫兹辐射源，同时具有技术成熟、结构简单、成本低的特点。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:包括两段工作在毫米波或太赫兹波的低频段的慢波结构(为了便于区分，称之为第一低频段慢波结构和第二低频段慢波结构)和高频段慢波结构，所述第一低频段慢波结构一端设有低频信号接口和电子束接口，所述第二低频段慢波结构一端设有信号接口，所述高频段慢波结构设有输出端口 ；所述第一低频段慢波结构与第二低频段慢波结构之间连接有第一漂移管，所述第二低频段慢波结构与高频段慢波结构之间连接有第二漂移管；输入的电子束与低频段毫米波或者太赫兹波在第一低频段慢波结构内互作用，产生速度调制，在第一漂移管产生电子群聚，并形成了子能带，携带子能带的电子束进入第二低频段慢波结构，与输入的低频段毫米波或者太赫兹波再次进行速度调制，在第二漂移管区再一次产生电子群聚，产生密度调制，在此电子束电流内激励起高次谐波电流，群聚的电子束携带激励电流信号进入高频段慢波结构，在此激励起高次谐波的电磁波并被放大。
进一步地，所述第一低频段慢波结构另一端设有匹配负载端口。进一步地，所述第二低频段慢波结构另一端设有匹配负载端口。进一步地，所述高频段慢波结构设有匹配负载端口。进一步地，所述匹配负载端口连接有电磁波吸收装置。进一步地，所述电磁波吸收装置为集中衰减器，分布衰减器。进一步地，所述第一低频段慢波结构、第二低频段慢波结构和高频段慢波结构为螺旋线、耦合腔或者折叠波导。进一步地，所述第一低频段慢波结构的电子束接口的电子束通道形状是圆形、方形或者椭圆形。进一步地，所述高频段慢波结构设有收集极。本发明的原理是:
输入的电子束与低频段毫米波或者太赫兹波在第一低频段慢波结构内互作用，产生速度调制，在第一漂移管产生电子群聚，并形成了子能带，携带子能带的电子束进入第二低频段慢波结构，与输入的低频段毫米波或者太赫兹波再次进行速度调制，在第二漂移管区再一次产生电子群聚，产生密度调制，在此电子束电流内激励起高次谐波电流，群聚的电子束携带激励信号进入高频段慢波结构，在此激励起高次谐波的电磁波并被放大，然后经输出端口输出。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
一、本发明的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，包括第一低频段慢波结构、第二低频段慢波结构和高频段慢波结构，第一低频段慢波结构一端设有低频信号接口和电子束接口，第二低频段慢波结构一端设有信号接口，高频段慢波结构设有输出端口 ；第一低频段慢波结构与第二低频段慢波结构之间连接有第一漂移管，第二低频段慢波结构与高频段慢波结构之间连接有第二漂移管；输入的电子束与低频段毫米波或者太赫兹波在第一低频段慢波结构内互作用，产生速度调制，在第一漂移管产生电子群聚，并形成了子能带，携带子能带的电子束进入第二低频段慢波结构，与输入的低频段毫米波或者太赫兹波再次进行速度调制，在第二漂移管区再一次产生电子群聚，产生密度调制，在此电子束电流内激励起高次谐波电流，群聚的电子束携带激励电流信号进入高频段慢波结构，在此激励起高次谐波的电磁波并被放大，然后通过输出端口输出。本发明输出信号的频率调谐与电子束的电压无关，能够获得稳定的大功率太赫兹辐射源，同时本发明使用技术更为成熟和价格更为便宜的低频信号源作为输入，获得高频的信号，具有成本低的特点。二、本发明能够获得频率更高和功率更大的太赫兹辐射源，本发明获得的太赫兹辐射源的频率在ITHz以上，功率大约为100mW。三、本发明的第一低频段慢波结构和第二低频段慢波结构设有匹配负载端口能够防止低频信号的反射。四、本发明的高频段慢波结构设有匹配负载端口，能够消除反射的影响。五、本发明的第一低频段慢波结构和第二低频段慢波结构和高频段慢波结构的匹配负载端口连接有电磁波吸收装置，能够吸收电磁波，防止电磁波进入漂移管。六、本发明的第一低频段慢波结构、第二低频段慢波结构和高频段慢波结构为螺旋线、耦合腔或者折叠波导，具有选择面广，根据不同的情况，选用不同的慢波结构，提高本发明的实用性。七、本发明的高频慢波装置还设有收集极，能够收集注波互作用的电子，以提高管子的效率。
图1是本发明的结构示意图。图中标记:1、电子枪，2、第一低频段慢波结构的信号接口，3、第一低频段慢波结构，4、第一低频段慢波结构的匹配负载端口，5、第一漂移管，6、第二低频段慢波结构的信号接口，7、第二低频段慢波结构，8、第二低频段慢波结构的匹配负载端口，9、第二漂移管，10、高频段慢波结构的匹配负载端口，11、高频段慢波结构，12、输出端口，13、收集极。
具体实施例方式下面将结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的描述。本发明主要是由三段不同的慢波结构，前两段工作在毫米波或太赫兹波的低频段，即第一低频段慢波结构和第二低频段慢波结构；最后一段工作在毫米波或太赫兹波段高频段，即高频段慢波结构。慢波结构可以是螺旋线及其变形结构如环杆、环圈等，也可以是耦合腔及其变形结构如梯形线等，还可以是折叠波导及其变形结构如脊加载折叠波导、曲折双脊折叠波导、槽加载折叠波导等。慢波结构之间通过漂移管相连接，漂移管为细长金属管道，只能通过电子束而不能通过电磁波。电子枪主要产生电子束，电子束形状可以是圆形、带状形或者椭圆形，电子束经电子束通道进入第一低频段慢波结构，电子束通道可以是圆形、方形或者椭圆形。第一低频段慢波结构输入低频段的信号；电子束在第一低频段慢波结构中与低频段的信号进行互作用，使电子束的速度产生较深的速度调制；第一低频段慢波结构设有匹配负载端口，用于消除输入端产生的反射影响。同时匹配负载端口还连接有电磁波吸收装置，用于吸收电磁波，防止低频电磁波进入漂移管。电磁波吸收装置可以为管内设置的集中衰减器，分布衰减器。然后在第一漂移管中电子束产生电子群聚，产生密度调制，并形成了子能带，携带子能带的电子束在进入第二低频段慢波结构，第二低频段慢波结构也设有匹配负载端口和连接有电磁波吸收装置，用于消除反射的影响和吸收电磁波。群聚的电子束在这里又一次被第二个信号接口输入信号(可以和第一的输入信号相同或者不同)速度调制；第二漂移管区中第二次速度调制的的电子束再一次产生电子群聚，产生密度调制，在此电子束电流内激励起了高次谐波电流，群聚的电子束携带激励电流信号进入高频段慢波结构，在此激励起高次谐波的电磁波并被放大，然后通过输出端口输出信号。高频段慢波结构设有匹配负载端口，消除输入端产生的反射影响。高频段慢波结构还设有收集极，收集极主要是收集驻波互作用后的电子，以提高管子的效率，在本发明中采用单级手机或者多级收集极，可以降压，也可以不降压，合理的设计电极的位置、电压、形状等，提高了收集的效率，并最终获得较高的整管的效率。整个装置为真空密封结构，同时第一低频段慢波结构、第二低频段慢波结构和高频段慢波结构外部加有均匀或者周期的聚焦磁场系统，用以聚焦电子束。本发明输出信号的频率调谐与电子束的电压无关，能够获得稳定的大功率太赫兹辐射源，同时本发明使用技术更为成熟和价格更为便宜的低频信号源作为输入，获得高频的信号，具有成本低的特点。
权利要求
1.一种大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:包括第一低频段慢波结构、第二低频段慢波结构和高频段慢波结构，所述第一低频段慢波结构一端设有低频信号接口和电子束接口，所述第二低频段慢波结构一端设有信号接口，所述高频段慢波结构设有输出端口 ；所述第一低频段慢波结构与第二低频段慢波结构之间连接有第一漂移管，所述第二低频段慢波结构与高频段慢波结构之间连接有第二漂移管；输入的电子束与低频段毫米波或者太赫兹波在第一低频段慢波结构内互作用，产生速度调制，在第一漂移管产生电子群聚，并形成了子能带，携带子能带的电子束进入第二低频段慢波结构，与输入的低频段毫米波或者太赫兹波再次进行速度调制，在第二漂移管区再一次产生电子群聚，产生密度调制，在此电子束电流内激励起高次谐波电流，群聚的电子束携带激励电流信号进入高频段慢波结构，在此激励起高次谐波的电磁波并被放大。
2.根据权利要求1所述的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:所述第一低频段慢波结构另一端设有匹配负载端口。
3.根据权利要求1所述的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:所述第二低频段慢波结构另一端设有匹配负载端口。
4.根据权利要求1所述的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:所述高频段慢波结构设有匹配负载端口。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:所述匹配负载端口连接有电磁波吸收装置。
6.根据权利要求5所述的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:所述电磁波吸收装置为集中衰减器，分布衰减器。
7.根据权利要求1所述的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:所述第一低频段慢波结构、第二低频段慢波结构和高频段慢波结构为螺旋线、耦合腔或者折叠波导。
8.根据权利要求1所述的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:所述第一低频段慢波结构的电子束接口的电子束通道形状是圆形、方形或者椭圆形。
9.根据权利要求1、4或7所述的大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，其特征在于:所述高频段慢波结构设有收集极。
全文摘要
本发明公开了一种大功率毫米波与太赫兹辐射源装置，包括第一低频段慢波结构、第二低频段慢波结构和高频段慢波结构，所述第一低频段慢波结构一端设有低频信号接口和电子束接口，所述第二低频段慢波结构一端设有信号接口，所述高频段慢波结构设有输出端口；所述第一低频段慢波结构与第二低频段慢波结构之间连接有第一漂移管，所述第二低频段慢波结构与高频段慢波结构之间连接有第二漂移管。本发明能够获得稳定的大功率太赫兹辐射源，同时具有技术成熟、结构简单、成本低的特点。
文档编号H01J23/027GK103094025SQ20131001553
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者巩华荣, 王斌, 唐涛, 宫玉彬 申请人:电子科技大学