螺旋线慢波结构损耗特性研究

本文采用了与其他作者不同的理论模型和计算方法,对螺旋线慢波结构损耗准确的理论分析,考虑了介质夹持杆,管壳和螺旋线金属电导率对损耗的影响。在ＨＰ８５１０矢量网络分析仪上对两种结构的损耗进行了测量,并对螺旋线与能量耦合器之间的阻抗失配引起的误差进行了修正。理论结果与测量结果有较好的一致性。     

耳型折叠波导慢波结构W波段行波管

毫米波行波管具有大功率、宽频带、高增益等特点，广泛用于雷达、高速通信、电子对抗等现代军事装备中。为提高折叠波导耦合阻抗并考虑工程应用性，提出一种耳型折叠波导新型慢波结构。与常规矩形波导相比，工作频带内耦合阻抗提高30%以上，损耗降低10%。研制的耳型折叠波导W波段行波管，在工作电压21.9 kV，电流210 mA，占空比为5%时，10.8 GHz带宽内输出功率大于192 W，峰值功率达278 W，电子效率和增益分别达到6.3%和44.6 dB，行波管工作稳定。     

345 GHz微折叠波导慢波结构参数分析

借助微机电加工技术(MEMS技术)研制的微折叠波导行波管(FWG-TWT)太赫兹辐射源,具有紧凑、小型、宽带以及高功率的特点。本文对345 GHz微电真空折叠波导慢波结构进行了结构参数的规律分析和初步优化设计。基于小信号理论设计的慢波结构的初步结构参数,采用三维PIC软件仿真并优化,研究了电子参数、几何结构参数、磁场参数与增益之间的关系,对折叠波导慢波结构的设计具有一定的参考意义。     

电子注通道形貌对折叠波导慢波结构的影响

折叠波导结构是一种极具潜力的太赫兹行波管慢波电路.分析了电子注通道形貌对折叠波导高频特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗和衰减特性.仿真结果表明,相比于圆形电子注通道,矩形电子注通道的折叠波导结构色散要略微陡一些,损耗也要略微高一些.在中心频率处,矩形电子注通道结构的耦合阻抗比圆形电子注通道结构低0.5Ω左右.皮尔斯小信号理论表明,在中心频率处,矩形电子注通道结构和圆形电子注通道结构的增益速率分别为4.85 dB/cm和5.22 dB/cm,具有相似的3 dB带宽,约为6.3 GHz和7.2 GHz.粒子模拟表明,对于矩形和圆形电子注通道,54 mm(100个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz增益分别为24.42 dB和28.44 dB.     

W波段折叠波导慢波结构设计及三维注波互作用模拟

本文综合分析了折叠波导的几何尺寸和电子束参数，运用电磁场软件MAFIA的粒子模拟程序对三维折叠波导慢波结构进行了模拟．模型中，电磁波通过波导模式导入；为了克服较大空间电荷效应造成的电子注发散，使用了纵向聚焦磁场．基于三维互作用模型得到了W波段折叠波导的模拟结果，该结果可以对折叠波导慢波结构的三维互作用性能进行预测和分析．     

0.67 THz折叠波导慢波结构损耗的计算

在太赫兹频段,损耗对折叠波导慢波结构的特性有显著影响。提出一种计算折叠波导慢波结构损耗的理论模型,推导出弯曲波导的衰减系数。分别使用理论模型和商业仿真软件计算了0.67 THz折叠波导慢波结构的损耗,二者的计算结果吻合较好,表明理论模型有较高的精确度。最后,使用理论模型分析了0.67 THz折叠波导慢波结构的结构参数变化对损耗特性的影响。     

0.14 THz折叠波导行波管慢波结构设计与加工

使用一种显式方法对0.14 THz折叠波导行波管慢波结构进行了快速设计,并通过解析模型、等效电路模型以及电磁场仿真软件(CST MWS)对结构的色散关系和耦合阻抗进行了计算。计算结果表明,0.14 THz附近的色散较为平坦,耦合阻抗在1Ω左右。为了满足大功率输出需求,对初始结构尺寸进行了部分调整。CST PS互作用模拟结果表明,在0.14 THz附近,输出功率大于1 W。用微电火花(EDM)和微铣削方法分别进行了加工实验,结果表明,两种方法在尺寸精确度上均能满足指标要求,微铣削加工能获得更平整、表面粗糙度更好的槽底。     

THz交错波导慢波结构高频损耗研究

利用等效电导率方法对310 GHz的双栅交错波导慢波结构中电磁信号的传输损耗进行了仿真研究,比较了不同导体表面粗糙度和不同谐波造成的高频损耗的影响。仿真结果表明表面粗糙度会使传输信号严重衰减,频率相同的-1和+1次空间谐波传输损耗也有较大差异,传输-1次空间谐波时的导体单位损耗更大,且随表面粗糙度增加,损耗增加速度更快。模拟了不同的粗糙度对慢波结构增益、带宽等工作性能参数的影响,结果显示高频损耗会使增益下降、带宽降低。     

0.22 THz宽带折叠波导慢波结构的设计

通过对折叠波导的理论分析,提出一种快速设计折叠波导慢波结构的方法。优化设计了中心频率为0.22 THz的折叠波导慢波结构,分析了结构参数对高频特性的影响。为防止振荡,仿真中采用截断的慢波结构。互作用仿真表明,在电子注电压为16 kV,电流为10 mA情况下,中心频率处增益为23.9 dB,输出功率为1.2 W。其中3 dB带宽大于14 GHz(0.214 THz~0.228 THz),带内输出功率大于0.5 W,在7 GHz(0.217 THz~0.224 THz)范围内输出功率大于1 W。     

220 GHz折叠波导行波管慢波结构的损耗研究

在太赫兹频段,折叠波导慢波结构的损耗很大,因此需要在设计220 GHz折叠波导行波管慢波结构时进行深入研究。首先通过软件仿真的方法预测了慢波结构的S参数,然后利用紫外光刻、电镀和微铸模成型(UV-LIGA)工艺制作了慢波结构样品并进行测量。测量结果表明,该样品在220 GHz时衰减系数约为240 dB/m,与仿真结果符合较好。显微照片显示,该样品产生了形变,造成高频段2种结果存在差异。     

太赫兹翼片加载折叠波导行波管放大器的研究

翼片加载折叠波导电路是一种改进型的行波管互作用电路。与原始结构相比,它具有提高的耦合阻抗、扩展的横向尺寸以及更加灵活的设计能力,因此适合工作在太赫兹频段。首先采用理论模型设计了工作频率0.22THz的慢波结构;然后采用三维粒子模拟技术对翼片加载折叠波导行波管放大器的非线性性能进行了研究。结果显示,新型结构具有高的互作用效率和宽频带放大的能力。在中心工作频率220GHz处,2mW的驱动功率下可以得到4W的饱和输出功率,对应的电子效率和增益分别为2.47%和33dB（考虑了电路的导体损耗）;恒定功率下扫频模拟显示,放大器的瞬时3dB带宽可达13.6,频率范围覆盖205～235GHz。     

毫米波折叠波导行波管的研究

采用等效电路方法和电磁场仿真软件Ansoft HFSS分析了折叠波导行波管的结构参数对其高频特性的影响,并在此基础上确定了Ka波段折叠波导行波管的尺寸.利用三维非线性粒子模拟软件MAGIC3D建立了两段式折叠波导行波管的模型,模拟研究了切断区长度和位置对折叠波导行波管的饱和输出功率及第2段电路单位长度增益的影响.最后设计了一个工作于33～36GHz的两段式折叠波导行波管,其输出功率的波动小于1dB,最大连续波输出功率达670W,对应电子效率高达7.55％.     

W波段多种槽加载折叠波导行波管的研究

该文提出了3种槽加载折叠波导行波管慢波结构：三角形、梯形和燕尾形槽加载折叠波导。分析比较了不同槽形状对慢波结构的色散特性和耦合阻抗的影响。利用粒子模拟的方法对W波段4种槽加载折叠波导行波管的非线性注-波互作用进行了研究;在相同的电子注参数和输入功率的条件下,对输出功率、电子效率和增益等参量进行了比较。在多种槽加载结构中,梯形槽加载折叠波导输出功率(255 W)和增益(37.1 dB)最大,电子效率最高(10.7%);燕尾形槽加载折叠波导达到饱和所需要的互作用电路最短(64.2 mm);三角形槽加载折叠波导的3 dB带宽最宽。     

折叠波导慢波结构太赫兹真空器件研究

简要介绍了利用折叠波导慢波结构的太赫兹真空辐射源的发展现状,重点对折叠波导慢波结构的特点进行了研究,并利用这种慢波结构开展了W、D波段行波管,W波段和650GHz返波振荡器,560GHz反馈振荡放大器的设计、计算和模拟优化,分别得到了较好的结果,并实际研制出W波段连续波行波管,输出功率达到8W。对太赫兹真空辐射源的部件技术、微细加工技术进行了研究和分析。     

曲折波导慢波电路的特性

矩形曲折波导具有机械强度高，容易加工，热性能好以及工作频带宽等优点。文中对曲折波导的色散特性和互作用阻抗进行了计算。并指出，将曲折波导应用于毫米波行波管作为其慢波电路，可解决大功率、宽频率和难加工的问题。     

基于MAFIA软件的螺旋线慢波结构冷特性仿真

利用MAFIA软件所提供的准周期边界条件,对两种不同夹持结构的螺旋线行波管一个周期结构的色散和耦合阻抗特性进行了仿真,并与国内开发的螺旋线行波管计算软件包的计算结果进行了比较,为今后进一步优化螺旋线行波管的慢波结构打下基础.     

折叠波导结构的THz振荡辐射源研究

 以折叠波导为基本结构的真空电子器件,具有大功率、宽频带和制造成本低的优点,本文通过深入研究折叠波导振荡器的冷腔结构、色散方程和耦合阻抗,给出了可以产生THz的折叠波导振荡器的基本结构.并利用三维PIC粒子模拟软件进行了三维模拟计算,结果显示,在输入电子注电压为20.6kV,电流为0.12A,磁场为3000高斯时,可得到频率为0.1THz,平均输出功率174W,互作用效率大于7%.     

W波段V型曲折矩形槽波导行波管的模拟研究

分析了一种新型慢波线-V型曲折矩形槽波导慢波结构,利用电磁仿真软件CST及HFSS对其高频特性进行了模拟计算,并在此基础上设计了工作在W波段的V型曲折矩形槽波导行波管的互作用结构.利用CST粒子工作室对其注-波互作用特性进行了模拟分析.结果表明:W波段V型曲折矩形槽波导行波管能够有效放大微波信号,且频谱纯净.     

折叠波导慢波电路的传输特性

研究了新型慢波结构折叠波导慢波电路的传输特性 ,利用等效电路法计算了折叠波导电路的色散特性、耦合阻抗和止带。分析和计算表明 ,该电路很适合用作短厘米波和毫米波大功率行波管的慢波结构。     

DRIE技术加工W波段行波管折叠波导慢波结构的研究

简要介绍了利用深反应离子刻蚀制作折叠波导慢波结构的现状及制作的工艺流程。对深反应离子刻蚀掩膜制作即光刻工艺,以及折叠波导慢波结构的深刻加工进行了深入的研究。详细分析了各光刻工艺对光刻胶图形的影响,尤其是前烘对光刻胶图像侧壁垂直度的影响;在深反应离子刻蚀中,还详细分析了刻蚀时间、下电极功率以及刻蚀气体气压对刻蚀结果的影响。经参数优化后获得最佳工艺参数,并制作出带有电子注通道的W波段折叠波导慢波结构,慢波结构深为946μm,侧壁垂直度为91°,电子注通道深为225μm,侧壁垂直度为90°。