W波段梯形慢波结构返波管的研究

本文采用梯形慢波结构作为返波管的高频系统,研究了一种工作在低电压条件下的W波段返波管。本次研究采用三维电磁仿真软件CST计算梯形慢波结构的色散特性和耦合阻抗;采用PIC软件模拟注波互作用。结果显示:电压范围在5.5~8kV变化时,梯形线工作在104GHz左右,带宽约为1.35GHz。注波互作用仿真结果显示其工作在高次空间谐波处,输出效率在2%左右。     

THz返波管圆波导梳状慢波结构的研究

该文利用三维电磁仿真软件模拟计算了THz圆波导梳状慢波结构的负1次返波的色散和耦合阻抗。结果证实：在430-570GHz频带内,慢波结构内半径为0.175mm,约为中心频率波长的0.292倍;在760-940GHz的频带内,慢波结构内半径为0.1mm,是中心频率处波长的0.392倍。该结构较大的径向尺寸有利于提高电子注通过率。这种结构负1次返波的耦合阻抗较小,基本上小于1 ,很好解释了现有THz返波管的电子效率小于0.01%的事实。     

0.34 THz相对论返波振荡器实验

利用相对论返波管(RBWO)产生纳秒脉宽、千瓦量级功率的太赫兹脉冲辐射对太赫兹技术的应用具有积极意义。本文对0.34 THz-RBWO进行了粒子模拟与设计,通过微精密加工得到了平均直径6.8 mm,波纹深度0.1 mm,周期0.26 mm的正弦周期慢波结构,并对0.34 THz-RBWO进行了初步的实验。文中对0.34 THz脉冲信号脉宽、频率、功率参数的测量原理进行了研究。通过初步实验测试,0.34 THz-RBWO辐射波脉冲宽度2.1 ns,频率范围0.32 THz~0.36 THz,功率为375 kW。     

W波段斜注管高频结构的设计和注波互作用模拟

斜注管是返波管的一种,其基本原理是将电子注稍微倾斜于慢波结构表面,通过改变电子注的倾角来优化有效互作用长度,达到更高的输出功率和效率.本文论述了斜注管的基本原理,对其冷特性进行了研究,初步设计了W波段斜注管慢波结构,并利用3D电磁模拟软件,对其注-波互作用进行了模拟,模拟得到20W的输出功率以及15GHz的带宽.     

0.14 THz返波管器件数值模拟与实验研究

对有限引导磁场环形电子束的色散曲线作了理论推导,并利用该色散关系数值计算了正弦慢波结构的色散曲线。采用KARAT模拟程序对0.14 THz返波管进行了粒子模拟,并在RADAN303脉冲源上开展了初步的实验研究,实验获得频率大于0.14 THz、脉冲宽度为1 ns～2 ns、重复频率10 Hz和辐射功率大于1.45 MW太赫兹波输出。     

G波段双注折叠波导行波管的注-波互作用特性

研究了G波段双注折叠波导(FWG)TE20模的基本特性。首先计算了双注FWG TE20模的高频特性,采用等效电路法计算了色散特性;根据定义式计算了耦合阻抗,同时将二者的计算结果与HFSS仿真结果进行对比。结果显示,色散特性随频率升高差距增大,耦合阻抗随频率升高差距降低。利用电磁仿真技术(CST)粒子模拟软件对双注FWG TE20模的注-波互作用情况进行仿真,得到了慢波结构中电子轨迹以及输入输出信号频谱图,结果表明,在工作频率为205 GHz时,四段FWG的增益为34.74 dB。     

多通道THz双梳交错型慢波结构

为了产生大功率连续太赫兹波,提出了一种可用于多通道双梳交错型慢波结构(SWS)。通过分析新型 SWS 色散特性和轴向场强分布特性,可知在不改变结构色散特性的情况下,增加结构通道数量可增大电子束电流,且结构在太赫兹频段具有较高电子效率。此外对该 SWS在300 GHz的注波互作用过程进行了粒子模拟,模拟结果显示,SWS 相邻2个通道在相同的工作条件下,输出功率增益均为20 dB,实现了多电子注有效并联的工作状态,从而使器件的输出功率得到提高。     

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。     

矩形环双杆慢波结构高频特性

提出了一种适合于高功率行波管的新型矩形环双杆慢波结构.利用电磁仿真方法分析了慢波结构参数对色散和互作用阻抗的影响,并与圆环双杆慢波电路进行了对比.结果显示:矩形环双杆慢波电路的色散平坦度和归一化相速受横截面宽高比的影响较小,在横截面周长相同情况下,矩形环双杆慢波结构可以提供更平坦色散,并且在中高频段拥有更大的互作用阻抗...     

同轴内导体盘荷慢波结构注波互作用机理研究

采用理论分析和粒子模拟方法研究同轴内盘荷慢波结构注波互作用的物理机理。采用场匹配理论得到色散方程,通过数值计算得到了准TEM模的色散曲线及不同电子注电压下注波互作用的增长率;采用粒子模拟技术研究了注波互作用的物理过程。结果表明,随着电子注电压的不断增加,器件的工作状态由返波振荡转换到行波振荡;通过对辐射谱特性进行分析表明粒子模拟结果与理论计算结果基本一致。     

矩形波导加载光栅结构的太赫兹振荡器

本文采用矩形波导加载光栅的慢波结构作为太赫兹返波管的高频结构,通过理论分析和电磁仿真研究了该慢波结构的色散特性和互作用阻抗,理论分析结果和仿真结果能很好地吻合。在理论分析的基础上,设计了一个中心频率为340GHz的返波管,经粒子模拟软件计算,在较低电流密度的情况下该返波管输出功率达100mW且可调带宽约30GHz。     

矩形缺陷光子晶体太赫兹波波导的慢波特性

设计了一种工作于太赫兹波段的矩形孔缺陷光子晶体慢波波导。首先分析三角空气孔型光子晶体的带隙特性,引入线缺陷形成波导,并将邻近缺陷空气孔设为矩形,通过分析矩形孔尺寸对波导的带隙结构、群速度的影响,确定孔尺寸;研究缺陷宽度对缺陷模式的影响,并通过优化将缺陷模式频率移到目标频率338 GHz处,最终在布里渊边界处实现了c0/1543(c0=3×108m/s)的低群速度,证明了矩形缺陷光子晶体太赫兹波导良好的慢波特性。     

W波段带状注耦合腔慢波结构行波管的设计与冷测

对W波段三槽梯形线耦合腔慢波结构(包括大功率输入输出耦合器和射频窗)的加工和冷测进行了研究。此慢波结构由一个矩形波导耦合器馈电,该耦合器由放置在输入腔短边上的三阶阶梯变换矩形波导组成。首先,利用仿真方法研究了慢波结构的色散、互作用阻抗、传输特性和注-波互作用。结果表明,采用三槽梯形线耦合腔慢波结构的行波管能够在91~96 GHz的频率范围内提供大于1000 W的饱和输出功率,并且在94 GHz频点,饱和输出功率最大,可以达到1125 W。其次,采用高精度数控铣床加工出三槽梯形线慢波结构,并将其固定在非磁性不锈钢外壳中。文中给出了带有耦合器和射频窗的三槽梯形线慢波系统的测试结果,表明在90 GHz到100 GHz的频率范围内,S11<-10 dB。因此,三槽梯形线慢波结构在W波段大功率行波管方面具有应用前景。     

基于SSP的双侧开口型金属光栅实现太赫兹波的场增强与紧聚焦

基于金属光栅结构的SSP色散曲线,本文设计了一种一侧均匀另一侧非均匀且中间开 口排布的铜带 光栅结构,用于在太赫兹波段实现紧聚焦和场增强。研究表明,当0.57 THz入射的平面 波经双侧开口型金 属光栅后,可产生明显的局域电磁场增强与紧聚焦效应,其中增强因子Q=59.9,紧聚焦焦斑的半高全宽 约为7.5 μm (1/70λ)。此外,将单个双侧开口型金属光栅视为一个独立的单元,将其在一维横向和纵向进 行排列或延伸,研究了这种结构对太赫兹波的光场调控特性。研究发现,0.57 THz入射的平面波经横 向排列的单元结构后可以生成一维的焦斑阵列,其焦斑阵列所对应的半高全宽约为 7.5 μm。同时,0.57 THz 入射的平面波经纵向延伸的结构后可产生纵向焦线,其焦线的长度为100 μm,并且焦线的宽度约为7.5 μm。 这种周期性结构所产生的焦斑阵列和纵向焦线在提高太赫兹近场成像的速度方面具有明显的 优势。     

一种具有新型分立介质支撑的翼片加载螺旋带慢 波结构的研究

本文研究了一种具有新型分立介质支撑的翼片加载螺旋带慢波系统,该种慢波系统具有较高的功率容量和较宽的带宽.通过用切比雪夫多项式来展开螺旋带上的面电流,用真空层来模拟螺旋带的厚度,用均匀分层介质来等效新型分立介质支撑,考虑到过渡连接金属块的影响,用场论的方法得到了非常实用的色散方程和耦合阻抗的表达式,同时进行了HFSS模拟,发现用场论的方法所得出的结果与用HFSS模拟的结果吻合良好.本文的结果对这种新型慢波结构的设计具有指导意义.     

Research on the Characteristic of the Disk-Loaded Waveguide, Rib-Loaded Disk-Loaded Waveguide and Helix Slow-Wave Structures

The fast development of modern electronic warfare, broadband high power array radar system, high power jammer and microwave directional power weapon imposes high demand on high power microwave resource. With such features as high power, broadband, multi-mode, etc., traveling wave tubes (TWTs) play an important role in the high power microwave amplifiers. Since the slow-wave system is the core of beam-wave interaction in TWTs, the function and performance of it directly determine the capability of the TWTs.