大功率毫米波雷达及器件新技术研究

近年来,在电真空技术进一步发展和概念创新的基础上,借助于材料、工艺及微加工技术的进步,大功率毫米波器件取得了快速发展,诞生了大功率毫米波回旋行波管、W波段宽带行波管、准太赫兹行波管、毫米波扩展互作用速调管、集成微型行波管等新管型。在毫米波频段取得了输出功率100 W^100 kW、带宽6~10 GHz等标志性成果。利用上述性能优良的电真空器件结合雷达探测新技术,开展毫米波单脉冲精密测量及目标成像雷达、毫米波空间合成无源相控阵多目标监视雷达、毫米波微型行波管有源相控阵多功能一体化雷达、机载亚毫米波视频合成孔径雷达研究,突破大功率毫米波器件应用和发射机关键技术,实现大功率毫米波雷达空间目标的多维特征精细测量和成像等应用目标。     

正弦波导慢波结构的研究

提出了一种新型的可用于产生、放大毫米波和太赫兹波的正弦波导慢波结构。该结构有天然的带状电子注通道,具有低欧姆损耗和弱反射,且易于加工等独特性质。计算了慢波结构的高频特性,粒子模拟分析了该慢波结构在220GHz行波管及220GHz返波管中的应用潜力。研究结果显示,正弦波导将是一种很有潜力的可应用于大功率毫米波及太赫兹辐射源的慢波结构。     

太赫兹行波管级联倍频器

太赫兹行波管(TWT)级联倍频器基于行波管非线性互作用后电子注中的谐波电流,利用行波管和级联谐波系统组成的倍频器获得电磁波倍频放大。以 W 波段行波管二倍频器为例,对器件的正确性和可行性进行验证。利用微波管模拟器套装(MTSS)软件对设计的倍频器进行三维非线性互作用模拟,结果显示,级联了二次谐波系统的 W 波段行波管倍频器与其他工作在140 GHz~220 GHz 波段的小型太赫兹辐射源相比较,具有优越的性能：谐波输出功率在8 GHz 范围内大于2 W,转换增益大于37 dB。利用 CST公司的粒子工作室软件进行三维粒子注波互作用模拟,结果显示,太赫兹行波管级联倍频器作为潜在的太赫兹源具有高功率、宽频带和高实用化的特点。     

第46届国际红外毫米波与太赫兹会议综述：太赫兹辐射源的最新研究进展

太赫兹波段介于微波与红外之间,具有许多独特的优势,如对许多物质的穿透能力、较低的光子能量等。这使得太赫兹技术在生物医学、安全检测、通信等领域具有广泛的应用前景。太赫兹辐射源是太赫兹技术的核心组件,其发展水平直接决定了太赫兹技术在各个应用领域的性能和前景。第46届国际红外毫米波与太赫兹会议聚焦了太赫兹辐射源的最新研究成果,展示了在新型辐射源、集成技术及优化设计等方面的重要进展。本文根据近段时间红外毫米波与太赫兹相关国际关会议报告的内容,总结并展示了不同类型太赫兹辐射源最前沿的研究内容与方向。这些成果为太赫兹技术在各个应用领域的进一步发展奠定了坚实基础。     

水包冰球包层粒子散射特性的研究

基于Mie散射和Aden-Kerker散射理论,利用Matlab仿真模拟工具,分析了水包冰球包层粒子在红外波段、太赫兹波段及毫米波段的散射特性。研究表明,水包冰球包层粒子在这三个波段的散射能力与包层粒子的内外径比有很大关系,水包冰球粒子的复折射率在三个波段随着频率的增大呈线性变化,但在毫米波段的实部变化不大;随着包层粒子的内外径比的不断增大,其散射强度、散射参数在红外波段和太赫兹波段不断增大,在毫米波段则减小。研究结论可对红外波、太赫兹和毫米波的气象应用以及相关检测技术提供参考。     

短毫米波和太赫兹线性注真空器件研究

对短毫米波和太赫兹真空辐射源的发展现状进行了简要的综述,对高频结构的种类、器件类型、频率等进行了分析.文中重点介绍了W波段行波管、返波管的研究结果,以及利用MEMS技术加工高频结构的结果;还给出了220 GHz圆形电子注、带状电子注折叠波导慢波结构的设计和模拟结果;研究了带状电子注情况下耦合阻抗和轴向电场的平坦度,对于开展高频率器件实现高效率互作用打下了基础.     

液晶介电常数在微波至太赫兹频段测试技术

基于液晶材料的器件成为毫米波及太赫兹波领域的重要方向之一,文中总结了毫米波太赫兹波液晶器件的研究进展,介绍了液晶移相器的基本原理及应用,分析了液晶介电常数的主要测试方法,如传输线/反射法、谐振腔法、自由空间法、时域法等,比较了不同方法的测试频率范围和优缺点,并给出了向列相液晶材料在微波毫米波及太赫兹波段的介电常数的主要测试结果。     

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。     

太赫兹微型电真空器件及其制造工艺

随着科学技术发展,人类对电磁频谱的掌握与应用也在不断发展,继毫米波波段开发的日益成熟之后,科学界已开始了向太赫兹领域进军。太赫兹电真空器件可以产生高功率太赫兹辐射真空电子器件,在太赫兹辐射源方面可做出很重要的贡献。本文介绍了国内外几种大力发展的太赫兹真空电子器件的研究技术水平及发展方向;重点分析了太赫兹电真空制造工艺的特点和关键技术。     

毫米波太赫兹集成电路与工艺

近年来,毫米波已逐渐成为5G/6G移动通信、卫星通信、下一代无线互联网、智慧交通、制导、射电天文等重大工程应用领域的核心支撑技术,太赫兹也逐渐成为研究热点。毫米波太赫兹集成电路(芯片)又是推动各种毫米波太赫兹应用系统快速演进的关键。文章对毫米波太赫兹技术的一些重要应用领域和毫米波太赫兹集成电路的研究进展及相关工艺进行了简要综述,分析了不同工艺下芯片的性能特点及其合适的应用场景。     

行波管的可靠性现状及其差距

行波管广泛地应用于雷达、电子对抗和通讯等国防重点工程,被誉为武器装备的“心脏”,本文从行波管现场应用情况分析出发,论述我国行波管可靠性水平、质量状况、“八五”期间研制情况及存在问题等,进一步指出宽带大功率行波管国内外的差距,最后提出行波管可靠性工作的建议和相应措施。     

大功率毫米波行波管发展现状

毫米波行波管是一种具有重要发展前景的毫米波源,本文简要介绍了耦合腔行波管和螺旋线行波管的工作特点,以及国际上毫米波行波管的发展现状和趋势,指出了发展中遇到的一些关键问题。     

Ka波段500W脉冲空间行波管研制

针对空间探测领域的应用需求,本文采用大功率返波振荡抑制技术以及过渡波导输能技术,设计出了一种Ka波段580 W脉冲空间行波管。经过实际的样管测试验证,功率≥580 W,饱和增益≥47 dB,实现了Ka波段500 W脉冲空间行波管主要技术参数。     

60-GHz space TWT to address future market

The market situation of space traveling wave tubes (TWTs) over the last four years is reviewed. It is exemplified that space TWTs are not only the key components for the traditional frequency ranges in C- and Ku-band, but also for new satellite communication systems as digital audio broadcasting in the lower L- and S-band frequency range and the planned, new global multimedia systems. There, Thomson Tubes Electroniques GmbH (TTEG) has developed the new family of Ka band TWTs, which provide the large bandwidth and power requirements for high data rate transmission. TTEG is also developing 60-GHz TWTs as RF intersatellite-links for global satellite systems. The promising results of the 560 g lightweight, 25 W, broadband helix TWT are mainly reported and the requirements compared with those for a parallel 60 W 60-GHz interdigital line TWT development     

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。     

Estimation of RF Parameters for Millimeter Wave Ring-Bar TWTS

In millimeter wave band, interaction impedance and efficiency of the ring-bar circuit are higher than helix. Ring-bar traveling wave tubes (TWTs) do not easy yield backward wave oscillation at high operating voltages. Thus ring-bar TWTs can reach higher power lever. On basic of computation of dispersion and interaction impedance, a fast estimation models of RF parameters for MMW ring-bar TWTs are given in this paper. It is available in designing tube to reduce developing period.     

微波功率模块：下一代武器系统的关键电子器件

本文介绍了真空电子器件和固态器件组合而成的新型电子器件－微波功率模块（ＭＰＭ）。它具有真空电子器件的大功率、高效率和固态器件低噪声、小体积、轻重量的优点，成为下一代采用相控阵天线的雷达、电子战、通讯等武顺系统的关键功率器件。ＭＰＭ使下一代武器系统建立在共同的功率器件上，可能实现规模生产，从而降低了造价，提高了可靠性。     

Space qualified low-/high-power radar TWTs

This paper is a report about recent development activities in the area of space-qualified pulsed traveling wave tubes (TWTs). For an economical development in such a low-volume market, the application of a modular design concept is necessary. As an example for such a concept, two projects will be described, a high-power X-band TWT with 6-kW peak output power and a low-power Ku-band TWT with 135-W peak output power.     

大功率行波管无截获栅控枪的设计

根据栅控枪的基本设计原理和整管的应用要求，设计了一种高导流系数、高压缩比和高直流工作电压的无截获栅控枪。详细地讨论了无截获栅控电子枪设计方案的选择和参数的确定。设计数据和试验结果十分吻合，并给出了在Ｘ波段大功率耦合腔行波管中的应用结果。     

Development of linear traveling wave tubes for telecommunicationsapplications

Traveling wave tubes (TWTs) designed for telecommunications applications in multichannel power amplifiers (MCPAs) are required to have high linearity, low intermodulation distortion, high efficiency and high power outputs. The linearity of the TWT can be greatly improved by operation of the tube significantly backed off from saturation and by optimization of the design of the helix circuit. This results in two tone intermodulation products that are 25 to 40 dB below the carrier level, depending on the amount of back-off selected. However, operation backed off from saturation results in a greatly reduced efficiency of the TWT, which must be compensated for by optimal circuit and collector design. Several L-band and S-band Hughes TWTs have been developed for telecommunications applications and feature saturated power levels of up to 2 kW and average power of over 600 W with overall efficiencies of over 20% at 10 dB back-off and 40% at 6 dB back-off. These tubes provide high average power, high efficiency amplification with modest size and reduced cooling requirements compared to solid state amplifiers