[发明专利]基于多重级联高频结构的太赫兹源放大装置

说明书

技术领域

本发明涉及真空电子器件技术领域，尤其涉及一种返波放大器作为激励源，基于多重级联结构的太赫兹源放大装置。

背景技术

太赫兹(Terahertz，1THz＝10¹²Hz)波是指频率在0.1～10THz波段内的电磁波，位于红外和微波之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡区。THz波具有瞬态性、宽带性、相干性、低能性等特性，其独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。THz频段作为一个尚待深入开发的频段资源，THz波在军事上，尤其在雷达及目标识别、宽带通信、军事侦查、危险物探测和无损检测等方面具有巨大的军事需求空间。

研究表明，THz波正在推动物理学、材料学、生物科学和天文学等多学科领域的纵深发展。在微波毫米波频段资源日益紧张的情况下，THz波频段作为一个有待深入研究和探索的频谱资源成为世界各国竞相占领的制高点，THz科学技术及其应用已成为世界各国优先发展的学科前沿和重点研究领域。

众所周知，THz波的独特性质在军民两用领域具有潜在的市场前景，为什么还不能获得广泛地应用特别是在国防领域呢？其中最直接也是最根本的原因是缺乏高功率、紧凑可调的宽带THz辐射源，它成为THz技术推向广泛应用的瓶颈之一。因此寻求有效方法、探索新机理发展高功率、宽带THz源是十分必要的，对促进THz波在军事和民用两方面的应用具有重要的战略意义。

有多种方法可以产生THz波辐射。如：半导体THz源(如THz-QCL等)；基于光子学的THz发生器；利用自由电子的THz辐射源(包括THz真空器件、电子回旋脉塞和自由电子激光)；基于高能加速器的THz辐射源等。THz-QCL辐射源由于受到极低温度的限制成为其广泛应用的屏障，基于光子学的THz源输出的功率较低，而基于高能加速器的THz辐射源由于需要大的加速装置，其广泛应用包括在军事领域的应用也受到了极大的限制。在THz辐射源中，基于真空电子学的扩展互作用振荡器(Extend Interaction Oscillator，简称EIO)由于同时兼顾速调管及行波管的优点，它具有功率高、体积小以及具有足够的带宽等有优势，可发展为高功率、紧凑的THz辐射源，受到了高度关注并成为真空电子学THz辐射源的一个热点研究领域。本发明是基于高功率、高增益、宽频带和集成化研究目标提出的新型太赫兹辐射源。

在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术THz波辐射源具有以下技术问题：

(1)对于单级行波管放大器而言，可以实现功率放大和频带展宽，但是目前THz频段行波管放大器输出信号带宽窄，使其在电子对抗中的雷达目标探测受到限制，另一方面，单级行波管的输出功率水平有待于提高，导致其在超宽带雷达远距离探测、高分辨率成像雷达等应用方面受到了极大的限制。

目前已经研制出了THz扩展互作用振荡器，虽然可以实现较高的重复频率和较高的输出功率，但是其无法输出宽频带的信号，不利于抗干扰和成像系统中的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于多重级联结构的太赫兹源放大装置。

(二)技术方案

本发明提供了一种基于多重级联结构的太赫兹源放大装置，包括：电子枪、收集极组、磁场系统、返波放大高频结构、行波放大高频结构和功率合成装置。其中，电子枪包括底座和固定于底座且朝向同一方向并排设置的N个阴极，其中N为奇数。收集极组包括与上述电子枪各阴极分别相对设置的N个收集极。磁场系统设置于电子枪阴极和收集极组之间空间的外围。返波放大高频结构，设置于电子枪位于中间的阴极与对应收集极之间的驻波互作用区，包括：群聚段、漂移段和互作用段，其中，THz信号输入端设置于群聚段，两输出端口设置于互作用区，并向两侧延伸。行波放大高频结构链，包括(N-1)/2级的行波放大高频结构组，每级的行波放大高频结构组包括对称设置于返波放大高频结构两侧的驻波互作用区的两行波放大高频结构，其中：第一级行波放大高频结构的输入端连接至返波高频放大结构的一输出端；第I级行波放大结构的输入端连接至第(I-1)级行波放大结构的输出端，其中，2≤I≤(N-1)/2。功率合成结构，其两输入端分别连接至两个第(N-1)/2级的行波放大高频结构的输出端，用于将(N-1)/2级的行波放大高频结构组输出的THz信号进行功率合成后输出。

(三)有益效果