曲折双脊槽波导高功率宽频带太赫兹行波管（英文）

提出一种改进的曲折槽波导—曲折双脊槽波导提高太赫兹行波管的功率和带宽.针对这种新型慢波结构设计了一种新的传输波导作为输入输出能量耦合器.从高频特性仿真结果可以发现曲折双脊槽波导可以提高耦合阻抗并扩展带宽.此外,粒子仿真结果表明当电子注加载27.4kV电压和0.25A电流时,新型曲折双脊槽波导行波管在中心频率340GHz处输出功率能达到65.8W同时对应增益27.21dB.因此,曲折双脊槽波导行波管可以用作宽带和高功率太赫兹辐射源.     

太赫兹行波管的研究进展

太赫兹行波管具有输出功率高、频带宽、紧凑轻便等优点,是一种理想的太赫兹辐射源,可望在军事、民用领域得到广泛应用。本文对国内外太赫兹行波管的研究现状进行了较详细的介绍和归纳总结,并对其发展趋势做了论述分析。     

Ka波段曲折双脊单槽加载波导行波管研究

提出了一种新型的曲折波导慢波结构:曲折双脊单槽加载波导慢波结构.利用HFSS、CST电磁仿真软件对工作在Ka波段的曲折双脊单槽加载波导行波管进行了模拟计算,得到其高频特性及注-波互作用特性.结果表明,在33 GHz可以得到265 W的输出功率,增益为37.2 dB,3 dB增益带宽为6 GHz.     

高效率曲折槽波导毫米波行波管设计、制造和冷测

本文提出一种适用于工作在毫米波段(85～110 GHz)的带状注高效率曲折槽波导毫米波行波管,并进行了参数优化设计、加工制造和冷测实验研究.曲折槽波导首次采用一次改变周期相速跳变技术提高带状注毫米波行波管电子互作用效率.文中加工制造了三种不同周期个数(包含相速跳变和均匀相速两种类型)的曲折槽波导,并进行了S参数测试,其...     

毫米波及太赫兹行波管的功率提高方法评述

短毫米波及太赫兹行波管具有宽频宽、大功率、高效率等优点,在高分辨成像、高速通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。分析和评述了国内外研究单位的研制水平,以及作者近年来研发的行波管,频率覆盖E波段、W波段、G波段和Y波段等多个频段。为进一步提升毫米波及太赫兹行波管输出功率,在新型折叠波导慢波结构、相速再同步技术、周期聚焦磁场(PCM)聚焦带状电子注、多注集成等方向开展了分析与实验研究,为器件的性能提升和应用推进提供技术支持。     

多注太赫兹折叠波导行波管的设计与模拟

为解决太赫兹(THz)行波管工作电流过小、输出功率低等问题,提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管(TWT)。首先,获得了基模多注折叠波导色散特性;然后,对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算;最后,完成了0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析。电子注参数为12 m A,15.75 k V时,获得的3 d B带宽为25 GHz(128 GHz~153 GHz),最大增益为33.61 d B,最大峰值功率为23 W;电子注参数为30 m A,15.75 k V时,在0.14 THz处获得了38 d B增益,最大脉冲输出功率为63.1 W。该方法能够有效增大THz行波管的工作电流,提高互作用增益及效率、3 d B带宽、输出功率;在增益相同时,基模多注行波管可以做得更短、更紧凑。     

高输出功率锥形波导太赫兹量子级联激光器

制作了基于锥形波导结构的高输出功率的太赫兹(THz)量子级联激光器。激光器采用单面金属波导结构,并采用锥形波导形状提高光输出功率,且保证了良好的光斑远场发散角。激光器水平方向远场光斑发散角为18.4?,器件输出中心波长为93 μm(3.23 THz),器件最高输出功率达到了185 mW,最高工作温度为95 K。80 K时,器件的最高脉冲输出功率能达到65 mW。基于如此高的输出功率,制作了液氮杜瓦封装的小型便携式太赫兹激光源。     

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。     

基于脊波导结构的太赫兹超宽带双工器设计

在射电天文领域,为了实现更宽频带内多谱线同时观测任务,要求太赫兹超导相干接收机向更宽带方向发展。针对下一代太赫兹超宽带接收机的应用需求,提出了一种频段覆盖180~ 420 GHz(相对带宽达87%)的超宽带脊波导双工器设计,主要包括：180~300 GHz频段和320~420 GHz频段宽带脊波导滤波器设计与变换;超宽带太赫兹多级耦合型脊波导双工器优化设计。仿真结果表明该结构能够在180~300 GHz和320~420 GHz频段双工工作,回波损耗整体优于15 dB,通道间隔离度达20 dB以上。     

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。     

E波段折叠矩形槽波导行波管的研究

分析了一种适用于E波段81~86 GHz空间行波管的新型慢波结构——折叠矩形槽波导.折叠矩形槽波导来源于传统的矩形槽波导,将E面沿其纵向来回弯曲而形成.利用电磁场仿真软件Ansoft HFSS设计优化并最终确定了E波段折叠矩形槽波导的关键几何尺寸.同时,模拟仿真出了折叠矩形槽波导在中心频率f=83.5 GHz处的耦合阻抗沿x和y方向上的变化趋势,得出其可通过加载带状电子注获得更高的平均耦合阻抗.利用CST粒子工作室模拟得出:折叠矩形槽波导行波管在中心频点83.5 GHz处输出功率为210 W,电子效率达到8.05%.     

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。     

采用飞秒装置的高功率宽带太赫兹源

真空电子器件产生的THz辐射通常是基于环形或直线型的加速器装置。飞秒级的电子束团通过周期性的磁铁可产生高功率、宽带可调谐的相干太赫兹辐射。这种高功率的太赫兹源为太赫兹技术的应用研究提供了新的手段。介绍了一种基于飞秒直线加速器装置产生的相干太赫兹波荡器辐射源,它主要由S波段热阴极微波电子枪,磁铁和SLAC型加速管组成,该装置能够提供具有20~30 MeV能量、束团长度为100~300 fs的电子束团。波荡器采用的是Apple?鄄II型波荡器,通过调节波荡器两平行磁块的位置可以产生具有不同极化特性的太赫兹辐射。为了测量波荡器产生的相干THz辐射谱,采用改进型的迈克尔逊干涉仪来进行测量,给出了实验装置的介绍以及实验结果。     

0.22 THz折叠波导行波管设计

在一支0.22 THz折叠波导行波管样管的模拟设计和实验研究基础上,对该样管进行了优化设计。对慢波损耗特性、慢波结构的尺寸冗余度进行了研究,对结构加工进行了进一步的考虑,对样管的实验研究进行了详细讨论并论述了新慢波结构的设计。采用HFSS软件结合大信号理论计算进行模拟,结果表明,折叠波导行波管的输出功率不低于100 mW,带宽不低于5 GHz。     

Accurate parametric modeling of folded waveguide circuits for millimeter-wave traveling wave tubes

In this paper, results of different models are compared for calculating effective, cold-circuit (beam-free) phase velocities and interaction impedances of folded waveguide (FW) slow wave circuits for use in millimeter-wave traveling wave tubes (TWT). These parameters are needed for one-dimensional (1-D) parametric model simulations of FW traveling wave tubes (FWTWTs). The models investigated include approximate analytic expressions, equivalent circuit, three-dimensional (3-D) finite difference, and 3-D finite element. The phase velocity predictions are compared with experimental measurements of a representative FW circuit. The various model results are incorporated into the CHRISTINE1D code to obtain predictions of small signal gain in a 40-55 GHz FWTWT. Comparing simulated and measured frequency-dependent gain provides a sensitive, confirming assessment of the accuracy of the simulation tools. It is determined that the use of parametric 1-D TWT models for accurate, full band predictions of small signal gain in FWTWTs requires knowledge of phase velocity and impedance functions that are accurate to <0.5% and <10%, respectively. Saturated gain predictions, being approximately half as sensitive to these parameters, appear to require correct specification of phase velocity and interaction impedance to within /spl sim/1% and 20%, respectively. Although all models generate sufficiently accurate predictions of the interaction impedance, not all generate sufficiently accurate predictions of the effective axial phase velocity.     

Computation for the gain of ridge loaded ring-plane traveling wave tube

The ridge loaded ring-plane traveling wave tube can provide high output power in a relatively broader bandwidth. The dispersion relation for the interaction between the electron beam and the symmetrical mode propagating in this slow wave circuit is obtained, by means of the Variational method. The method to calculate the arbitrary order Bessel function with complex argument is discussed. The three dimensional trajectory graph of the Bessel function with complex argument is plotted. The instantaneous operating bandwidth can be estimated in terms of the relation between of the gain and frequency.     

0.14 THz双注折叠波导行波管的高频系统设计

随着太赫兹通信技术的发展,对于0.14 THz折叠波导行波管(FWTWT)的研究需求向着更高的功率和更宽的带宽发展。对双注行波管中的双路折叠波导慢波电路进行分析,得到不同参数下的高频特性变化规律。并对双路折叠波导慢波电路的功率分配和功率合成效率进行分析计算,得到功率合成效率96.3%。最后对双路慢波电路、功率分配/合成器和集中衰减器进行建模,并对注波互作用进行计算。在高压15 kV和单注电子的发射电流为40 mA条件下,得到0.14 THz频率下的合成输出功率为56 W,增益为31.4 dB,3 dB带宽为7 GHz。     

0.14 THz折叠波导行波管盒型窗设计与制作

研究用于0.14 THz 折叠波导行波管的盒形窗结构,采用三维模拟软件 HFSS 进行计算与优化,设计出基于蓝宝石窗片的盒型窗结构.分析了结构参数对盒形窗电压驻波比的影响,主要结构参数在±0.01 mm范围变化时,盒形窗电压驻波比仍然低于1.2,保证零件加工的可行性.装配完成盒形窗测试结构,冷测结果显示,在0.135 THz~0.145 THz范围内衰减系数为0.7 dB左右,满足整管要求.     

电子注偏心对共焦波导回旋行波管的影响

利用线性和非线性理论研究了电子注偏心对0.22 THz回旋行波管注波互作用的影响。基于色散方程研究了电子注偏心对线性增益、绝对不稳定性的起振电流和返波振荡的起振条件的影响。引入自洽非线性理论,分析了电子注偏心对输出功率和注波互作用效率的作用。同时,在考虑速度离散的情况下,研究了电子注质量对共焦波导注波互作用的影响。结果表明,电子注偏心会导致效率的降低。