太赫兹表面等离激元及其应用

金属或半导体与介质分界面上的电子与光子互作用形成的光学表面等离激元(SPP)以及人工超构材料或二维原子晶体材料表面上的电子与太赫兹波或微波互作用形成的人工表面等离激元(SSP)是小型化与集成化太赫兹有源/无源器件和太赫兹超分辨率成像的重要物理基础。随着太赫兹科学技术的发展,太赫兹表面等离激元研究在国际上受到很大关注。本文介绍了传统的光学表面等离激元及其发展,详细阐述了太赫兹波段的人工表面等离激元(SSP)和石墨烯表面等离激元(GSP)的基本原理和发展历程,对表面等离激元在太赫兹波段的新型辐射源、无源器件、超分辨率成像及其他领域的应用进行了较为全面的总结和评述,并对该领域未来进一步发展的方向进行了展望。     

太赫兹超分辨率成像评述I:非实时成像

作为太赫兹波最重要的应用之一,太赫兹成像技术在生物医疗、安防安检、无损检测和质量监控等方面都具有非常重要的应用前景。由于受衍射极限的限制,传统太赫兹成像技术的分辨率只能达到工作波长级别,还无法满足很多应用的需求。本文对几种非实时的太赫兹超分辨率成像手段进行了介绍,包括近场扫描显微成像、基于空间调制器的单探测器成像、基于时间反转的成像和基于空间频谱采样的成像,并对每一种成像手段的原理、发展过程及其优缺点进行了综述和讨论,最后对非实时太赫兹超分辨率成像的发展进行了展望。     

W波段二次谐波回旋振荡器

针对谐波回旋管互作用效率低的问题, 以自洽非线性理论为基本工具, 系统地分析了三个关键因素, 即互作用腔体长度(Q值)、电子注的横纵速度比和工作电压对二次谐波互作用系统性能的影响.研究发现当工作磁场选择在硬激发区时, 通过综合调节电子注的横纵速度比和工作电压能够获得较高的互作用效率.基于自洽非线性理论优化设计了一个W波段二次谐波回旋振荡器, 粒子模拟(PIC)结果显示当电子注速度离散３％, 工作电压37 kV, 电流4 A时, 输出效率达到了39.5%.     

负-正相速跳变慢波结构行波管的小信号理论辅助分析

应用Pierce小信号理论,对设计高效率宽带行波管的一般方法进行分析,采用螺距跳变渐变技术,形成了相速减少和相速增加两段结合的输出段作为宽带行波管的慢波结构,并采用散热性能好的半金属化夹持杆慢波结构产生反常色散曲线。为了提高行波管工作频带的电子效率,在高频点(18 GHz),利用遗传算法并调用1维BWIS互作用程序,对相速减少和相速增加两段相结合输出段的慢波结构进行了优化。计算结果表明:行波管在工作频带(6~18 GHz)获得了比较平坦的饱和输出功率,为下一步实际研制宽带行波管提供了理论依据。     

阴极-热子组件加热功率的研究

对影响阴极-热子组件加热功率的几个因素进行了分析,并从有效加热面的增大、阴极支持筒材料的选择、氧化铝绝缘层烧结工艺以及装架工艺等几个方面进行了改进,从而满足了高可靠、高效率、长寿命X波段行波管的使用要求.     

螺旋线行波管慢波组件散热性能的研究

提出了慢波组件散热性能的评价方法——电阻温度系数法，利用此方法对冷弹压法、缠钼带热挤压法、石墨热挤压法及新型的无变形热挤压法制备的慢波组件散热性能进行了实验研究，结果表明无变形热挤压方法比冷弹压法和传统的缠钼带热挤压法制备的慢波组件散热性能好。传统的石墨热挤压法可与无变形热挤压法制备的组件的散热能力相比拟，但石墨热挤压法会引起慢波组件的两次变形，使慢波组件的微波反射点增多增强，从而影响慢波组件的电性能。对国产BeO和进口BN夹持杆组成的慢波组件的散热性能进行了比较研究。同时对镀铜和镀金螺旋线与无镀层螺旋线组成的慢波组件也进行了对比研究。这些结果为制备散热性能好的慢波组件提供了有益的实验结果。     

8mm回旋速调管放大器高频窗的设计

采用三维电磁软件给出了8mm输入、输出窗的设计.其中输入窗采用矩形窗,频率为34～36GHz,驻波比小于1.08.输出窗频率为34.4～35.4GHz,驻波比小于1.2.文章讨论了介质厚度和相对介电常数对窗片反射系数的影响.     

测量行波管电子注的减速电场能量分析器的研究

为测量行波管电子注的能量分布,本文设计和验证了一个减速电场能量分析器(retarding field energy analyzer,RFEA).该能量分析器由一个连接负偏压的减速环、一个电子注采样方孔和一个电荷收集极构成,通过调节减速环的负偏压,选择相应能量的电子,就得到电子注的能量分布.计算机仿真结果表明该分析器对于低能量(几千电子伏到10 keV)的电子注具有良好的分辨率.实验测量了一个导流系数为0.45 μP的宽带行波管电子枪发射的电子注的能量分布,实验数据与仿真模拟结果具有较好的一致性.     

螺旋线行波管慢波组件散热性能的研究进展

螺旋线行波管具有宽频带、高增益和高功率等优点,当今被大量应用于卫星通信系统、电子对抗系统和雷达系统。慢波组件是螺旋线行波管的关键组成部分,它的性能优劣直接决定着整管水平。慢波组件的散热性能不仅是决定行波管平均输出功率的主要因素,也是直接影响行波管工作稳定性与可靠性的重要因素。本文针对螺旋线行波管慢波组件,总结了螺旋线慢波组件散热性能的实验测试方法和理论分析方法,分析了影响散热性能的各种因素和各种改善方法。分析比较了不同材料的螺旋线、管壳和夹持杆,不同结构的夹持杆和管壳,不同组件装配方法对慢波组件散热性能的影响。介绍了将金刚石和纳米材料等新型材料应用于螺旋线慢波组件的研究进展。     

镀膜组件对螺旋线慢波结构性能的影响

本文利用实验测试和软件仿真的方法,分析研究了镀膜组件的应用对慢波结构的散热性能和高频特性的影响.研究表明:在螺旋线外表面镀膜可以改善慢波结构的散热性能和高频损耗;金属化夹持杆实现焊接装配,可以有效地提高慢波结构的散热性能;在夹持杆的两侧镀膜可以显著地调节慢波结构的高频特性.