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。  

折叠波导行波管及微加工技术

随着真空微电子学和微加工技术的发展，微真空电子器件的研究范围日益扩展并逐步扩大了各领域的重要应用。研究表明：毫米波折叠波导行波管已成为国际范围THz器件的研究重点。本文扼要地介绍了美国威斯康星大学对折叠波导行波管的研究情况，包括设计、缩尺实验、采用的制造技术以及某些其他微真空电子器件和微加工制造方法。  

短毫米波折叠波导慢波结构精密加工技术

介绍了短毫米波折叠波导慢波结构的精密加工技术的进展情况。利用精密电火花加工工艺方法,通过大量的试验实现了短毫米波折叠波导慢波结构的加工,并用于了行波管的研制。  

亚毫米波折叠波导慢波结构的损耗特性研究

损耗是慢波结构的重要参量之一.采用理论与仿真的方法分析了在亚毫米波段(220 GHz)折叠波导慢波结构的导体损耗.在理论模型计算了弯曲波导段的衰减系数,并考虑了波导内表面粗糙度对电导率的影响,从而使模型更接近实际情况.计算结果表明,弯曲波导段的衰减常数大于直渡导段,而且理论模型计算出的每周期折叠波导电路的损耗与高频仿真软件HFSS的结果吻合较好,说明理论模型有较高的精确度.在此基础上,分析了慢渡结构参数变化对损耗的影响.  

新型毫米波大功率器件——折叠波导行波管

折叠波导行波管是近年来涌现的一类新型毫米波大功率器件。它具有宽频带和大功率的优点，制造成本低，且可以与微波功率模块（MPM）组合实现小型化；由于紧凑的整体极靴，能对低电压电子注聚焦，因而很适合要求轻重量的场合。折叠波导行波管在短厘米波段和毫米波段具有极好的发展前景。  

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．  

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.  

0.22 THz微电真空折叠波导行波管的聚焦磁场研究

在0.22 THz微电真空折叠波导行波管放大器(FWG-TWT)的设计中，为了保证在电子枪中产生的、具有所需电流密度的电子注能够稳定、成型地注入互作用区，并维持较高的电子通过率，需仔细设计磁场聚焦系统。本文在 FWG-TWT 中使用螺线管线圈和周期永磁聚焦系统(PPM)2种磁场结构来实现电子束流的稳定注入和传输。通过三维仿真软件对此电子光学系统进行模拟计算，重点考察了磁场的初始位置、磁感应强度峰值以及磁体厚度等对电子束传输特性的影响。仿真结果表明，在合理的参数范围内，电子注静态通过率可以接近100%，波动很小，能够实现束流的稳定注入和传输。  

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。