S波段径向注同轴槽振荡器

高功率微波器件在雷达、电子对抗等方面具有重要的应用潜力,因此得到广泛的关注。然而,庞大的体积和重量,以及较低的效率和较短的寿命,严重限制了高功率微波的应用范围。提出了一种径向电子注驱动的同轴槽振荡器,该振荡器无需聚焦系统,从而能够大幅度减少体积和耗能。采用由外向内的径向电子注,阴极电流密度低,可以采用热阴极替代爆炸发射阴极,从而提高器件寿命。PIC仿真中,采用460 kV,6 kA径向电子注能够在3.8 GHz产生1.2 GW的输出,对应效率43.5%。

C-X波段同轴磁控管互作用腔快速工程计算方法研究

本文旨在探索一种可快速实现C-X波段同轴磁控管技术指标的设计方法,即通过《磁控管设计手册》工程计算和计算机PIC粒子仿真设计两种方法复算某C波段250 kW同轴磁控管,对比分析两种计算方法的结构参数,总结基于手册工程计算得到的结构参数的优化调整方向,结合本征模求解精确计算外腔TE 011模频点等措施,以达到提高同轴磁控管设计效率的目的。基于本文研究的同轴磁控管设计方法,开展了X波段500 kW同轴磁控管的初始结构设计工作,通过有序的结构参数调整,在较短的时间周期内实现了输出功率、工作频点均满足设计要求的π模稳定工作的计算仿真方案,初步验证了本文研究的同轴磁控管互作用腔设计方法的可行性。

太赫兹带状注器件

带状注是指束流截面近似为矩形或椭圆形的电子注,且具有大的宽高比。相对于传统的圆形注,带状注具有很多优点,例如大电流和大互作用面积等。由于太赫兹波具有高频率、宽频带、高传输速率等优点,因此太赫兹科学与技术近年来发展迅速。作为一种新型的真空电子器件,太赫兹带状注器件在高功率、高增益、高效率及小型化方面具有良好的技术优势。但是,带状注在传输过程中易出现Diocotron不稳定性,难以保持长距离稳定的聚焦传输,从而导致带状注的技术优势难以发挥。本文综述了带状注的产生成形方式和聚焦传输方法,以及太赫兹带状注器件的研究进展,同时讨论了它所面临的挑战和未来的发展方向。

基于电子学的太赫兹辐射源

随着太赫兹科学与技术的发展,太赫兹辐射源研究受到越来越广泛的重视.本文对近年来常见的基于电子学的太赫兹辐射源进行综述,包括基于新型慢波结构真空电子器件的仿真设计与实验结果、基于电子回旋谐振脉塞的太赫兹辐射源和基于史密斯-帕塞尔效应的太赫兹辐射源的国内外研究近况,以及基于类等离子体光子晶体的太赫兹辐射源和固态太赫兹辐射源.对太赫兹辐射源在无线通信、成像探测、光谱探测和生物医学等方面的应用进行了展望.

带状束矩形栅毫米波行波管的研究

为了克服单模近似法(SMA)在分析矩形栅慢波系统高频特性的局限性,用“本征函数法”得到了其色散特性,进而求得耦合阻抗.并针对矩形栅的两种典型结构(浅槽栅和深槽栅)进行数值计算,分析了金属栅的几何尺寸对系统高频特性的影响.设计出3 cm、8mm波段的矩形栅模型,进行实验测量,实验值与理论值符合良好.导出了考虑电子注时的“热”色散方程,得到其小信号增益,讨论了电子注参数和慢波电路几何尺寸对小信号增益的影响,为矩形栅慢波系统行波管的设计提供了理论基础.

自由电子入射路径对光子晶体辐射的影响

电子掠过周期金属结构会激发Smith-Purcell辐射。微纳加工工艺的发展推动了具有复杂结构的微纳金属人工材料的加工,因此人们开始聚焦于电子激发微纳周期结构所出现的辐射现象。本文研究了运动线电子束团激发金属光子晶体所激发辐射的特点和规律,重点讨论了如何利用自由电子去激发金属光子晶体结构,从而取得最大的辐射强度。

矩形栅慢波系统的理论与实验研究

为了克服单模近似法在分析矩形栅慢波系统高频特性时的局限性,采用了一种新的方法,即在表示槽区内的场时,保留其高次项,表为一无限本征驻波之和的形式,利用场匹配法得到其色散特性,进而求得耦合阻抗。然后针对矩形栅慢波系统进行了数值计算,并分析了金属栅的几何尺寸对系统高频特性的影响,以作为器件设计的参考。设计出3cm、8mm波段的矩形栅高频结构模型,进行实验测量,得到的实验值与理论值符合良好。

相对论返波管中的脉冲缩短现象

脉冲缩短现象是高功率微波器件中普遍存在的物理现象,它将导致输出微波的能量低于预期值。用粒子模拟的方法研究了相对论返波管在填充氦气以及存在中性背景气体时的脉冲缩短现象。从计算结果可以看出,器件内残留的中性背景气体是产生脉冲缩短的原因之一,但并不是最重要的因素;对于充气的相对论返波管,为了展宽脉宽,充气气压必须控制在一个适当的水平。器件内部强电场的射频击穿和慢波系统表面的爆炸发射可能是引起脉冲缩短的更为重要的因素。

新型慢波系统毫米波行波管研究

研究了三种新型的曲折波导慢波系统,分别是曲折双脊波导、脊加载曲折波导和矩形槽加载曲折波导。给出了其高频特性的理论和仿真结果。然后介绍了基于常规曲折波导和脊加载曲折波导慢波系统的Ka波段行波管的实验结果。

环板行波管互作用区的热分析

本文运用热力学方法对环板行波管互作用区进行了详细的热分析,首先由热传导方程导出了求解热传导率随温度改变的部件温升的方程.为求解该方程,详细分析了各部件的几何因子,在此基础上,近似考虑界面热阻,给定单位轴向长度的耗散功率和几何参量,对各部件温升和环上的最高点温度进行了详细的数值模拟,分析了热的和几何的参量对环板行波管热状态的影响.本文的工作有益于环板行波管的设计,并可以推广到环板慢波系统的变态结构.

毫米波宽带TWT双交错慢波结构的理论

分析了两种新型的毫米波耦合腔TWT的慢波电路-交错式梯形电路。提出了一种求解双交错梯形电路色散特性的新方法:腔场平均法,验证了此方法的正确性,并进行了数值计算。分析了影响双交错带宽的诸因素,得到了40％的冷带宽及20％的热带宽。同时对单交错和双交错电路的带宽和耦合阻抗进行了比较。

脊加载环板行波管高频特性的研究

脊加载环板行波管是一种频带相对较宽的大功率行波管 ,本文用场匹配和变分原理相结合的方法 ,研究了脊加载环板慢波结构的导波特性及这种行波管的小信号、大信号特性 ,讨论了结构的几何尺寸及电子注参量对慢波的传播特性、小信号增益及注 波互作用非线性效应的影响 .本文的结果将为脊加载环板行波管的设计提供理论基础 .

毫米波/太赫兹真空器件中的带状电子注和新型慢波结构

采用带状电子束是在毫米波和太赫兹波段产生大功率输出的一种重要方法,为了提高工作频率、提高输出功率、拓展工作频带,对带状电子束的形成、传输和收集以及新型慢波结构进行研究,是真空电子学的热点研究方向之一。本文概述了目前国内外带状电子束真空电子器件的研究动态和发展趋势,并提出了今后发展的若干建议。

大功率毫米波环板行波管注波互作用线性理论研究

考虑了电子注的厚度和相对论效应 ,采用场匹配和变分法中的特殊方法—Ritz Galerkin法 ,导出了考虑电子束空间电荷效应的环板行波管的热色散方程 ,并对该方程进行数值求解 ,得到了其小讯号增益 ,讨论了慢波系统几何尺寸和电子注参量对小信号增益的影响 。

双交错Millitron慢波系统的实验研究

讨论了双交错Millitron慢波系统的设计方法,并采用通过式谐振法对双交错Millitron的色散特性进行了实验研究,给出了实验结果,并和作者所得到的理论结果[4]进行了比较,分析了出现误盖的原因。

大功率多电子注TWT的大信号互作用分析与计算

多电子注技术是提高行波管功率水平的一种有效方法，其慢波结构为紧密耦合的螺旋线、梯形线或耦合腔阵列。文中将对以耦合腔阵列作为慢波结构的多电子注行波管进行分析，建立大信号分析的物理和数学模型，编制大信号计算程序，给定输入功率，计算得到了多电子注行波管的饱和功率、增益和电子效率。

一种适用于空心电子束的慢波系统的理论

提出了一种新型同轴慢波系统——紧密缠绕螺旋线介质棒加载盘荷波导,解析推导了其色散方程和耦合阻抗的表达式,并给出了数值计算结果。结果表明:新型导波结构作为行波管的慢波系统,不但可使行波管具有相对较宽的频带,又可使其具有较高的耦合阻抗。

真空微二极管发射特性的解析解

通过保角变换方法，对具有椭圆锥形发射体的真空微电子二极管进行了研究，求得了二极管区域内电位分布和电场分布的解析表达式，进而得到了电场强度和场致发射电流密度与尖端曲率之间的关系．

真空微电子二极管的隧道效应

采用许瓦兹－克里斯托福变换，求得了以椭圆锥为发射体的真空微电子二极管区域的电位分布的解析解。采用自由电子模型，运用ＷＫＢ近似，对真空微电子二极管的表面势垒和隧道电流进行了理论研究，求得了表面势垒和隧道电流的表达式，并进行了数值计算。

毫米波双交错梯形耦合腔链的研究

本文分析了一种新型的毫米波ＴＷＴ慢波电路─—双交错式梯形电路。提出了求解双交错梯形慢波电路色散特性的三维有限元法和腔场平均法，求得了双交错慢波结构的三维场分布，同时进行了实验研究，实验结果和理论值良好符合。