設計了一個在高效率、高頻率、結構緊湊低磁場以及低電壓工作等方面具有獨特優勢的0.14 THz 擴展互作用速調管慢波諧振系統。針對該慢波諧振系統進行了色散曲線的仿真計算，在色散曲線與PIC 仿真的基礎上，對模式競爭進行了分析，選取了3π 模為工作模式，并給予了論證。PIC 仿真結果表明在較低工作電壓18.2 kV，工作電流0.5 A 的條件下，該諧振系統的注波互作用效率可達到22%，工作模式為3π 模，輸出峰值功率可達4.03 kW，工作頻率為149.419 GHz。

　　太赫茲波是指頻率在0.1 ～10 THz 范圍內的電磁波。它介于毫米波與紅外輻射之間，是宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區，也是電子學向光子學的過渡領域。太赫茲波在遠紅外光譜學、醫療和工業成像、生物學研究、材料科學等方面都有著廣泛的應用前景。0.14 THz 波段是繼W 波段后另外一個非常重要的大氣窗口，相比于W 波段，該頻段的電磁波具有波束窄、天線旁瓣低、分辨率高、絕對頻帶寬的優點，在雷達、制導、深空探測、高速率通信、成像等方面可廣泛應用。產生太赫茲波源有許多途徑，例如真空電子器件、ultrafast laser pluses、自由電子激光器、量子級聯激光器等。在太赫茲低頻段，真空電子器件有著許多獨特的優勢，例如高效率、高功率、重量輕、較低的制造成本等。在真空電子器件中，擴展互作用器件有著功率高、重量輕、體積小、結構緊湊的優點。

　　在高功率太赫茲波和毫米波擴展互作用器件發展的過程中，新型的慢波結構備受關注，例如復合介質慢波結構、折疊波導、同軸慢波結構、矩形耦合腔慢波結構等。對于太赫茲擴展互作用器件，矩形耦合腔慢波結構如圖 所示是一種新型的全金屬慢波結構。與傳統的速調管和行波管相比，該結構既有諧振腔的特點，又有慢波線的特點，能得到較大的R/Q 值。另外，隨著微電子機械系統(MEMS) 技術的發展，使得該結構的制造加工成為可能，從而能夠發展小型化的毫米波和亞毫米波波源器件。本文所設計的擴展互作用速調管(EIK) 慢波諧振系統正是一種矩形耦合腔慢波結構，它具有高頻率、高效率、低磁場、低電壓以及結構緊湊的優點，并且易于加工。

　　1、EIK慢波諧振腔的結構設計原理

　　慢波諧振腔的整體結構如圖1 所示，主要由慢波結構和與之耦合的諧振腔兩部分組成，中間部分表示帶狀電子注，通過自激振蕩來產生電磁波，波的頻率與慢波諧振結構尺寸大小有關，工作原理與其他O 型器件相似。在理想均勻磁場Bz = 0.7 T 的條件下，電子注穿過電子通道經過間隙( 每個間隙都能與電子通道兩邊的諧振腔很好的耦合) ，電子注能激勵器高頻場，反過來高頻場又與電子注互作用，從而使電子注產生群聚，與此同時，電子注與高頻場進行能量交換。最后，產生的電磁波從耦合輸出孔輸出。

圖1 EIK 慢波諧振系統

　　4、結論

　　本文利用三維粒子仿真軟件，對0.14 THz EIK慢波諧振系統進行了初步研究，并建立三維結構模型。基于色散曲線，對模式競爭進行研究分析，確定了工作模式為3π 模及對應的工作電壓為18.2 kV。最后仿真實現了該系統在工作模式為3π 模、工作電壓為18.2 kV、工作電流為0.5 A、外加磁場為0.7T 的條件下，輸出頻率為149.419 GHz、峰值功率為4.03 kW 的微波，互作用效率達22%。