C波段脉冲行波管的研制

环圈慢波线是新型的慢波结构,与螺旋线慢波线相比,环圈慢波线有基波耦合阻抗大、返波分量小、相位特性好等独特的优点,本文介绍了采用环圈慢波结构的C波段脉冲行波管的研制过程。     

V波段三种螺旋线类慢波结构高频特性

本文对工作于V波段的三种螺旋线类慢波结构进行了参数设计,在同等参数条件下,分析对比了圆螺旋线,半方环螺旋线以及半矩形环螺旋线的高频特性。结果发现,圆螺旋线在三种慢波结构中的色散最平坦,但是耦合阻抗最小。半方环螺旋线和半矩形环螺旋线的相速度较接近,同时具有比圆螺旋线慢波结构更大的互作用阻抗。     

槽区加载介质矩形格栅慢波结构的色散与增益

建立了槽区内加载介质的格栅慢波结构模型.通过Borgnis函数法和场匹配法得到冷态和热态色散方程.并推导了耦合阻抗的表达式.在稀疏电子注的假设下,求得增益近似解的表达式.通过数值方法,求解并分析了加载介质对色散关系、基波耦合阻抗、基波相速和基波增益的影响.并指出分别在槽内加载介质和格栅对侧加载介质对高频特性的不同影响趋势.     

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.     

太赫兹折叠波导慢波结构的设计与微加工

从行波管工作的物理特性提出了一种获得折叠波导慢波结构参数的简单方法,给定工作频率和电压,能够获得折叠波导慢波结构的初始参数.设计了D波段的折叠波导结构来验证该方法,对其冷测特性如色散、耦合阻抗进行了分析.仿真结果表明,设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,在中心频率处耦合阻抗为3.5欧姆.在电子注电压为20.6 kV,电流为15 mA时,27 mm(50个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz具有13.5 dB的增益,3 dB带宽为11 GHz(213~224 GHz).同时讨论了折叠波导慢波结构的微加工工艺,并通过UV-LIGA工艺获得了实验样品.     

几种典型翼片加载螺旋线行波管色散及返波特性研究

利用德国CST公司商业电磷仿真软件微波工作室（Microwave Studio）对几种典型翼片加载螺旋线行波管的冷色散进行了计算，对基波和返波色散曲线进行了数值拟合，给出了相应的返波振荡频率及其该频率下的基波和返波的耦合阻抗。本文还分析了两种常见翼片加载结构翼片与螺旋线间距变化对基波色散、返波振荡频率及相应耦合阻抗的影响。     

行波管高频参量对二次谐波的影响分析

慢波系统的高频参量决定了行波管的功率和增益特性,谐波与基波频率下的高频参量的关系决定了行波管输出的谐波与基波的比例。本文在较宽的参数变化范围内对比分析相速、耦合阻抗在频带内的不同分布状态对低端的二次谐波比的影响。计算结果表明,相速之比为0.96 附近对应为二次谐波比最大的状态,此变化规律与频率的相关度较小;而谐波与基波的耦合阻抗之比越大,二次谐波比越大。对于宽带行波管,在翼片加载的高频结构中调整翼片内径就可以使输出的二次谐波比产生较大变化。     

V波段微带线行波管慢波结构的设计

提出了一种新型的微带线慢波结构。与传统的N型微带线慢波结构相比,新型结构具有相速值较小、工作电压低、功率大、耦合阻抗高等特点。利用HFSS和CST分别对此结构在V波段进行高频特性、传输特性和注-波互作用仿真,得出在60GHz频点耦合阻抗大于20Ω,在55~63GHz频段内VSWR<1.5;当输入功率为100mW时,并且带状电子注的电流和电压分别工作在100mA和5kV的条件下,该行波管慢波结构的最大输出功率为115W,平均互作用效率为14.6%,瞬时3dB带宽为5GHz(56~61GHz)。     

1.03THz折叠波导慢波结构及电子光学系统研究

太赫兹真空电子器件成为未来主要的发展方向,本文对1.03 THz折叠波导慢波结构及电子光学系统进行了研究,分析了不同电子注通道形状对于折叠波导特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗、衰减特性、功率、增益等,并且利用OPERA 3D软件设计了电子光学系统。仿真结果表明,在中心1.03 THz频率处,与矩形电子注通道折叠波导慢波结构相比,圆形电子注通道的结构色散曲线更为平缓,耦合阻抗提升6.9%,损耗降低6.8%;在10 GHz带宽内功率提升47.4%,增益提升1.2 dB,互作用长度缩短12.3%。在工作电压为17.4 kV时,阴极发射电流大于3 mA,电子注半径为0.012 mm,在均匀区永磁聚焦系统中可稳定传输。     

脊加载同轴径向线慢波结构设计

提出脊加载同轴径向线慢波结构,并用高频结构仿真器(HFSS)电磁仿真软件对其色散特性和耦合阻抗进行研究,分析了不同结构参数变化对其高频特性的影响。结果表明:脊加载同轴径向线慢波结构的色散曲线平坦,减小内径和周期长度可以明显降低慢波结构的相速,从而减小工作电压;加载脊的宽度对耦合阻抗的影响明显,随着加载脊宽度的增加,耦合阻抗得到提高,相速减小;加载脊的长度对结构的色散特性和耦合阻抗影响不明显;这种脊加载方式有利于增加慢波结构的耦合阻抗,提高行波管的增益和效率。脊加载同轴径向线慢波结构是一种全金属结构,工作频带宽,散热性能好,在毫米波波段的行波管中有较好的应用前景。     

S波段5kW环圈行波管

本文介绍环圈结构的特性和整管的设计。所研制的Ｓ波段环圈行波管在２．３－２．７ＧＨｚ频率范围内脉冲功率大于５．５ｋＷ，饱和增益大于３９ｄＢ，电子效率大于２０％。该管的性能参数和尺寸满足了技术指标的要求。     

基于多开口谐振环的双频左手材料设计

基于多开口谐振环结构,提出一种双频宽带左手材料.结构由正方形谐振环与工字型负载线组合而成,具有频带宽、频率可调与易于加工的特点.通过软件仿真与样品测试提取等效介质参数,结果表明该结构左手频带分别位于7.8~8.2 GHz和8.4~13.4 GHz,左手带宽共计5.4 GHz.相较于传统结构,该结构带宽更宽且在一定范围可对左手频带进行调节.     

双频带电磁超材料单元设计及仿真

该文基于谐振型左手理论,提出一种将2种不同的多开口谐振环左手结构单元分别印刷在介质板的正、反面,这种复合结构实现了双频带左手特性。在微波频率范围内采用等效参数（NRW）提取算法,验证了该多开口谐振环的复合结构能实现负的介电常数和磁导率,同时采用LC谐振电路进行分析并解释其产生的机理。数值和仿真结果表明,存在2个介电常数、磁导率和折射率的实部都为负的频带。其负频带频率范围分别为16.5~18.96 GHz和22.8~24 GHz,负双频带带宽为3.66 GHz。由于其带宽性能良好的双负特性,可用于多频带或宽带微波器件的设计。     

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.     

A Novel 94-GHz MHEMT Resistive Mixer Using a Micromachined Ring Coupler

In this letter, we present a high performance 94-GHz millimeter-wave monolithic integrated circuit resistive mixer using a 70-nm metamorphic high electron mobility transistor (MHEMT) and micromachined ring coupler. A novel three-dimensional structure of a resistive mixer was proposed in this work, and the ring coupler with the surface micromachined dielectric-supported air-gap microstrip line structure was used for high local oscillator/radio frequency (LO–RF) isolation. Also, the LO–RF isolation was optimized through the simulation. The fabricated mixer has excellent LO–RF isolation, greater than 29 dB, in 2-GHz bandwidth of 93–95GHz. The good conversion loss of 8.9dB was measured at 94GHz. To our knowledge, compared to previously reported W-band mixers, the proposed MHEMT-based resistive mixer using a micromachined ring coupler has shown superior LO–RF isolation and conversion loss.     

Simulation study on the characteristics of 3 GHz microstrip racetrack hybrid ring

This paper theoretically analyzed the characteristics of the microstrip hybrid ring. 3 dB standard microstrip hybrid ring and racetrack hybrid ring, whose working frequency is 3 GHz, have been designed on a rectangular substrate. Using high frequency structure simulator (HFSS) software as tool for simulation, the s-parameter data is comparatively studied. The experimental results showed that the overall performance of the designed racetrack microstrip hybrid ring is superior to the ordinary standard microstrip hybrid ring.     

Calculation of the Parameters for Ring-loop Traveling Wave Tube in MMW

The feature of the ring-loop slow wave structure is high coupling impedance and low harmonic wave components. Therefore ring-loop traveling wave tube (TWT) has advantages of high gain, small dimension, higher operating voltage and less danger of the backward wave oscillation. But calculation of the ring-loop is rather difficult. Here on basis of calculation of dispersion and impedance, a fast estimation of interaction efficiency, output power and saturated gain for Ka-band ring-loop TWT are given.     

8 mm径向扩展互作用振荡器

提出并研究了一种具有结构紧凑、散热性好、输出功率大等特点的新型扩展互作用结构——径向扩展互作用振荡器(EIO),并推导了小信号理论.利用电磁仿真软件分析了径向EIO高频结构中的谐振特性与场分布,并采用三维粒子模拟软件开展了注波互作用研究.研究结果表明在工作电压为5 k V,电流为8.48 A时,所设计的径向EIO输出功率达到2.6 k W,热腔工作频率为30.011 GHz,效率为6.1%.     

高端口隔离度双极化贴片天线设计

针对WLAN的MIMO系统应用要求,并缩小天线所占据的空间,设计具有高端口隔离度的双极化贴片天线。采用共面带状线馈电的环形贴片和微带馈电单极贴片相结合形式,利用环形辐射元与单极子辐射元产生正交线极化的特点,实现双馈双极化天线。实验结果显示,所设计天线的工作频带范围为2.27~2.73GHz,端口隔离度在31dB以上。同时,单极结构辐射元主极化要比其交叉极化大25dB以上,环形结构辐射元在较大空间范围内其主极化比交叉极化大23dB以上。这表明所设计双馈双极化天线具有较高的端口隔离度,且有良好的极化纯度。通过结构参数调整,还可望同时覆盖5.8GHz频段,以满足IEEE802.11n标准要求。     

High-performance 94-GHz single balanced mixer using 70-nm MHEMTs and surface micromachined technology

We reported 94-GHz, low conversion loss, and high isolation single balanced active gate mixer based on 70-nm gate length InGaAs/InAlAs metamorphic high-electron mobility transistors (MHEMTs). This mixer showed that the conversion loss and isolation characteristics were 2.5/spl sim/3.5 dB and under -29 dB in the range of 92.95/spl sim/94.5 GHz, respectively. The low conversion loss of the mixer is mainly attributed to the high-performance of the MHEMTs exhibiting a maximum drain current density of 607 mA/mm, an extrinsic transconductance of 1015 mS/mm, a current gain cutoff frequency (f/sub t/) of 330 GHz, and a maximum oscillation frequency (f/sub max/) of 425 GHz. High isolation characteristics are due to hybrid ring coupler which adopted dielectric-supported air-gapped microstrip line structure using surface micromachined technology. To our knowledge, these results are the best performance demonstrated from 94 GHz single balanced mixer utilizing GaAs-based HEMTs in terms of conversion loss as well as isolation characteristics.