0.85 THz可调谐式折叠波导再生反馈真空电子学振荡器的理论及实验研究（英文）

提出了一种适用于850 GHz太赫兹波成像系统的可调谐再生反馈振荡器。使用UV-LIGA微加工工艺制作慢波结构,可满足折叠波导在太赫兹频段的尺寸需求。使用CST微波工作室对折叠波导色散特性进行设计,同时针对于行波管和再生反馈振荡器中折叠波导的结构,阐明了影响频率调谐的因素。此外,对带衰减的反馈回路进行仿真模拟,并使用三维粒子模拟验证了整体设计。改变电子注电压可实现振荡频率可调,振荡从单频状态逐渐变为多频状态,整体输出功率均大于200 mW。     

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。     

太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器

为实现太赫兹新频段的开拓,满足太赫兹应用对实用化功率源的需求,研发了太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器。器件工作在慢波结构的止带附近,利用高耦合阻抗的特点,完成强注波互作用,实现大功率、小尺寸的太赫兹源。实验验证的振荡器样管采用了折叠波导慢波结构,工作电压为23.1 kV,工作电流为150 mA,在振荡频率为124.45 GHz时,最大脉冲输出功率达到32 W。实验结果表明,该器件适于作为开拓新频段的探索,能够满足高功率、窄带宽需求的太赫兹应用。     

340 GHz太赫兹返波振荡器

介绍太赫兹返波振荡器的发展,重点对340 GHz返波振荡器的设计、模拟和微细加工等研究工作进行了详细介绍。采用平行流电子枪、均匀永磁聚焦系统和折叠波导慢波结构来实现340 GHz返波振荡器,计算和模拟结果表明,当调谐电压14 kV~16.2 kV,工作电流8 mA时,在337 GHz~347 GHz的频率范围内可得到10 mW输出功率。高频结构加工采用UV LIGA技术,已经加工出高频结构样品,并对真空环境应用做了研究,以保证较小的表面粗糙度,减小高频率情况下的射频损耗。     

太赫兹波参量振荡器研究进展

基于参量振荡技术的太赫兹波源是得到可调谐太赫兹波的重要器件,它在安全检查、生物传感、医学诊断、半导体器件检测和质量控制等领域具有重要的应用。从非线性晶体材料特性、谐振腔结构、太赫兹波耦合输出方式、频率调谐方式和线宽控制方法等方面总结了国内外太赫兹参量振荡技术的实验与理论研究情况。对级联太赫兹波参量振荡过程在连续、脉冲和超短脉冲运转方式的研究现状进行了回顾。基于太赫兹参量振荡技术研究现状提出其未来的一些研究方向。随着光纤激光器等技术的发展和周期性极化晶体等材料性能的进一步提高,太赫兹参量振荡器将朝着更加高效化、小型化、实用化、易于操作携带的方向发展,并在其应用领域发挥越来越重要的作用。     

返波激励的级联折叠波导行波放大器

利用折叠波导返波振荡器(FW-BWO)作为激励源,用于激励工作频率为216 GHz的折叠波导行波放大器.利用3D-Magic进行仿真实验,通过仿真优化,最终得到96 W的输出功率,整个电路的长度被设计为只有1 cm左右.通过该方法,显著地缩短了高频结构长度,有利于实现小型化的真空电子学太赫兹源,对集成化的太赫兹源设计具有重要的参考价值.     

太赫兹返波振荡器的应用及研究进展

太赫兹返波振荡器是一种功率高、宽带可调谐、可在常温下连续波工作的辐射源。本文介绍了太赫兹返波振荡器在太赫兹技术研究中的应用需求及其发展现状,说明返波振荡器在太赫兹技术研究中的重要作用和前景,并对太赫兹返波振荡器的最新动态、技术难点进行了分析,可供该种管型研究的参考。     

利用周期结构电磁止带特性的小型化高功率太赫兹振荡器

高性能实用化辐射源是太赫兹应用的关键器件,利用周期结构电磁色散中的止带区域具有耦合阻抗高的特点,电子注和电磁波能够高效互作用,可以实现大功率太赫兹振荡器。带边振荡器(BO)相比于传统的返波振荡器(BWO),可以实现大功率输出,在W波段能达到百瓦量级,太赫兹波段能达到瓦级;采用周期永磁聚焦系统,可以实现小体积轻质量;慢波结构尺寸短,结构简单;成本低,具有批量生产能力。本文提出可构建3π止带的交错子周期折叠波导慢波结构(FWG SWS)和双频双模双向带边振荡器工作机理,采用皮尔斯双阳极电子枪、周期永磁聚焦系统、金刚石输能窗以及高效率收集极,设计和研发了频率在100 GHz以上的几种带边振荡器,实现了100 GHz频段140 W的功率输出,120 GHz频段实现了30 W的功率输出,在300 GHz实现了1 W以上的功率输出。     

近太赫兹频段线性注真空器件的研究

介绍了太赫兹频段真空电子器件的研究和开发进展,包括慢波结构理论、设计、模拟及优化,微加工和微组装技术,整管技术等。这些器件包括行波管、返波管、斜注管、止带振荡器及行波管谐波放大器等,高频结构以折叠波导慢波结构为主,在太赫兹返波管中则利用叶片加载波导慢波结构。器件技术包括微机电系统(MEMS)技术,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石生长、金属化和封接技术等。最后给出W波段、G波段以及340 GHz部件和器件所达到的性能。     

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。     

S波段低相噪同轴介质压控振荡器设计

运用串联反馈振荡器理论设计了一个工作于S波段的低相噪同轴介质压控振荡器。首先分析了同轴介质谐振器的理论以及串联反馈振荡器的工作原理,然后在高频电磁仿真软件HFSS和ADS中进行仿真和设计。为了实现电调谐,将变容管合理地加入振荡器,最终设计完成了一个S波段的低相噪同轴介质压控振荡器。通过对实物成品的测量和调试表明,此压控振荡器达到了预定的技术指标,各项性能良好。测试结果:工作频率为2.075~2.250 GHz,调谐范围为1.75 GHz,输出功率≥11 dBm,谐波抑制度≥23 dBc,相位噪声优于-133 dBc/Hz@100kHz。     

Magnetostatic surface wave straight-edge resonators

The performance of the magnetostatic surface wave straight-edge resonator (MSSW-SER) is presented. The resonator uses a rectangular YIG film to propagate MSSWs where the straight edge serves as a reflector. Problems arising from coupling to width mode resonances and their effect on the main resonance are investigated. Through a careful choice of YIG and transducer parameters, the interference effects of the width mode resonances with the main resonance are minimized. As a result, highQ tunable microwave resonators with a tuning range from 2–20 GHz, insertion loss less than 10 dB, and spurious rejection better than 10 dB could be designed and fabricated. This MSSW resonator could be used to construct a tunable low-phase-noise feedback oscillator. However, the tuning range of this MSW feedback oscillator is limited by the phase change of the external amplifier circuit.     

Tunable magnetostatic surface-wave oscillator

An S-band oscillator which is electronically tunable over the range 2.8?3.3 GHz is described. The oscillator makes use of a magnetostatic surface-wave delay line in the feedback loop of a solid-state amplifier.     

4?20 GHz magnetostatic-wave delay-line oscillator

A single-mode 4?20 GHz tunable oscillator is described. The oscillator makes use of a narrowband magnetostatic-surface-wave delay line in a feedback loop of a solid-state amplifier. The output power from the oscillator was always > + 15 dBm throughout the tuning range.     

基于直流光注入直调DFB-LD的可调光毫米波信号产生技术

提出了一种基于直流光注入直接调制分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)的载波可调的光毫米波生成方案,利用直接调制DFB-LD的输出瞬态波长随驱动电流增大而蓝移的特点,将直流光注入至直调DFB-LD的0码波长附近注入锁定。锁定的直调激光器在1码时输出的蓝移波长与原注入波长相位相干,再通过光电探测器将拍频信号转换为调制的光毫米波信号。实验重点讨论了40GHz光毫米波的产生,同时完成了30、40、50和60GHz光毫米波的可调谐性实验。本文的方案结构简单,无需外调制器和微波本振,载波可调并可产生高至60GHz光毫米波信号,可作为光/无线混合接入中成本节省的光上变频方案。     

An inner-feedback-style traveling-wave tube oscillator

A new concept of inner-feedback-style traveling wave tube oscillator, which is based on a traveling-wave tube having a partial reflector located at near the junction between the slow-wave structure and the output coupler and a mechanical tuner connected to the input coupler, is proposed. Simulations by CHIPIC code show that the inner-feedback-style traveling wave tube oscillator having 100W of power, about 10% of electron efficiency and a tunable band of 73.35?C73.91 GHz may be achieved. Compared with Backward Wave Oscillators (BWOs), the new devices have similar ability for tuning, and have much higher electron efficiency, suggesting much more potential as a Terahertz source.     

Design of a negative conductance dielectric resonator oscillator for X-band applications

An X-band tunable microwave low-phase noise planar oscillator employing a novel-fed dielectric resonator (DR) with a single transistor has been investigated and realized. A ZrSnTi oxide composite ceramic-based DR with dielectric permittivity of 95 enclosed in a metallic cavity with an unloaded Q factor of 5,000 at 10 GHz is proposed. The resonant frequency affinity with respect to geometric parameters is established by using the compensation technique based on dual negative conductance feedback, the outputs of which are combined via a Wilkinson power divider (WPD). The feedback parallel-coupled DR oscillator is incorporated into a laminate microwave board using the photolithographic technique. The oscillator includes a pseudomorphic low noise amplifier based on a high-electron-mobility transistor. Hence, the proposed oscillator with mechanic tuning is measured, and the results show that DR resonates at TE _01δ mode with frequency of 10 GHz. The measured phase noise of the oscillator is –81.03 dBc/Hz at a 100 kHz offset.     

Tunable magnetostatic-wave oscillator employing a single GaAs MMIC chip

A microwave tunable magnetostatic surface-wave delay-line oscillator which employs a single GaAs monolithic amplifier chip in the feedback loop has been developed. No directional coupler is needed, and a single-mode oscillation can be tuned continuously from 4.82 to 6.39 GHz without frequency jumping. At 6.1 GHz, an output power of 4.4 dBm was measured with a phase noise of -100 dBc/Hc at 10 kHz offset from the oscillation frequency.<>     

360 GHz返波管的研究

对采用齿状光栅结构的慢波电路进行了研究,该结构在电子束与光栅表面接近的情况下有一定的通过率。在求得最大耦合阻抗条件下,设计了一种工作在360 GHz的返波管,通过对互作用电路的耦合阻抗的分析,可以减小亚毫米波及太赫兹真空电子学辐射源对阴极发射电流密度的要求。当工作电压为19.5 kV,工作电流75 mA时,PIC模拟结果得到了8 W的平均功率输出,考虑阴极为脉冲工作时,该器件在360 GHz可以得到4 mW的平均功率输出。     

基于分布反馈注入锁定的连续可调光子微波倍频实验研究

提出了一种基于注入锁定分布反馈式(DFB)激光器的双波长差频微波/毫米波信号产生方案。方案利用正弦波光信号通过半导体光放大器(SOA)进行非线性展宽,产生高阶分量,然后注入到两个DFB激光器后进行锁定放大,产生频率连续可调的倍频信号。在实验中,注入的正弦波光信号频率为1.25GHz,得到20～40GHz频率范围内1.25GHz的任意自然数倍的连续可调微波信号,其最高倍频数为32。