[发明专利]一种内反馈式太赫兹行波管振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹电磁波源技术领域，特别涉及电真空电子器件，是一种内反馈式太赫兹行波管振荡器。

背景技术

无论要把太赫兹电磁波应用于何种用途，紧凑高效太赫兹电磁波源都是根本。可以根据工作原理可以把太赫兹源分为基于光学的太赫兹源和基于电子学的太赫兹源两大类。前者包括各种红外气体激光、各类激光驱动太赫兹辐射器、太赫兹光导天线辐射器、光整流辐射器、非线性差频辐射器、太赫兹参量振荡器和放大器(TPG，TPO，TPA)及光学Cherenkov辐射器等，这类器件的主要缺点是功率偏小。后者又可以区分为基于固态电子学的太赫兹源和基于真空电子学的太赫兹源。其中，基于固态电子学太赫兹源有各类固态振荡器和量子级联激光(QCL)，具有小巧、价格低廉和频率可调的特点，是人们希望的一种太赫兹源。但半导体器件的功率较小，且需要在低温下工作，低温环境的维持造成该类器件的运行成本较高。

基于真空电子学的太赫兹源包括各类自由电子激光(FEL)以及回旋管、速调管、EIK、返波管和行波管振荡器等电真空器件。大多数自由电子激光(FEL)需要高能加速器提供高能电子注。这类太赫兹源的特点是功率功率很大，但体积也十分庞大，不适合于对体积有要求的应用。回旋管也是一种高功率的太赫兹源，但因为需要超导强磁场对电子注进行聚焦，因此体积也十分庞大。

行波管、返波管和速调管等传统电真空器件早就显示出了在太赫兹领域获得应用的潜力。

就返波管而言，早在世纪之交以前，世界各国就研制出了工作频率直到1THz的返波管，其中大部分都产生于前苏联或俄罗斯。但当时太赫兹源的应用前景尚未彰显，因此没有得到应有的重视。现在，通过比较，人们发现返波管的功率重量比或功率体积比仍然是最高的太赫兹源之一。也就是说，返波管是最有潜力实现小型化的太赫兹源之一。因此引起了世界领域的研究兴趣。美国的CCR(Calabazas Creek Research，Inc)、Utah大学、NASA的Lewis Research Center及法国Thomson CSF DET等研究机构开展了太赫兹返波管的研究。中国学界对太赫兹返波管也具有浓厚兴趣，中科院电子所开展了一些计算机模拟研究，发表或正在发表一些阶段研究成果。另外，中国工程物理研究院应用电子学研究所研制成功了0.14THz的相对论返波管。

就速调管而言，比如近年来出现的“纳米速调管”的新概念，就其工作原理而言就是传统的反射式速调管，其区别仅仅在于有效体积达到“纳米”量级，需要特殊的新型的制造技术而已。如果所需的制造技术得到突破，“纳米速调管”将具有革命性的重大意义。当然，目前还没有成功研制出“纳米速调管”的报导。另外，采用分布式互作用的分布作用速调管(Extended interaction klystron或EIK)在最近几年获得了长足的发展。在Ka波段，世界各国早就有一些产品问世。据2006年的报导，CPI加拿大公司Ka波段的EIK系列产品功率可以达到1000W。韩国2003年报导过正在研制一种Ka波段750W的EIK研制进展，当时还处于理论设计阶段。中科院电子所曾经在上世纪20年代成功研制出Ka波段100W的脉冲型EIK样管，并提供给某测距雷达使用。近几年来，以CPI加拿大公司的EIK产品获得了长足的发展，中心工作频率迅速扩展到250GHz，显示出这种管型向更高频率发展的巨大潜力。其Ka波段EIK VZA6903E的工作频带在27-31GHz范围，1dB带宽为300MHz，饱和增益为75dB，饱和功率750W。其220GHz的EIK的功率也能达到100W以上。

就行波管而言，原则上同样可以预期其工作原理在太赫兹频域成立，因此美国Wisconsin-Madison大学的J.H.Booske及NASA的C.L.Kory等就提出了研制基于折叠波导的太赫兹行波管及行波管振荡器的设想。理论分析表明能够在560GHz获得56mW的行波管振荡器。图1是他们设想的器件的示意图。当然，目前还没有获得560GHz的实物成果的报导，但已经开展了更详细模拟研究，并进行Ka波段的试验研究。在国内，中电十二所曾经以折叠波导为基础，研制成功95GHz 10W行波管。成都电子科技大学报道了0.1THz的折叠波导太赫兹振荡辐射器的模拟研究。

发明内容

本发明的目的是提出一种内反馈式太赫兹行波管振荡器，是以现有行波管为基础，引入恰当的反馈机制改制而成，体积小、功率大、便于批量生产。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种内反馈式太赫兹行波管振荡器，其以行波管为基础，引入反馈机制；包括：