基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器的模拟研究

提出了一种新型的基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡管(Extended-Interaction Oscillator,EIO),它由圆盘加载波导输入谐振腔、漂移段和输出腔三部分组成。利用2.5维电磁仿真软件-UNIPIC对其进行模拟研究。研究表明慢波结构的长度、漂移管的长度和输出管的高度对输出功率和频率产生显著影响。经过最优化设计,在注电压为27.7kV,电流为20mA的条件下,仿真得出其中心频率为730.86GHz,峰值功率为442.1mW的THz波。

基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器的数值模拟

提出了一种新的基于真空电子学的THz源——基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器(EIO),它由圆盘加载波导输入谐振腔、漂移管和输出腔构成。利用2.5维电磁仿真软件UNIPIC对其进行了模拟研究,结果表明慢波结构的长度、漂移管的长度和输出腔的半径对输出功率和频率产生显著影响。经过最优化设计,在注电压为24.85 kV、电流为20 mA的条件下,仿真得出其中心频率为755.5 GHz、峰值功率为1.322 5 W的THz波。

Ka波段50W行波管小型化技术研究

介绍了Ka波段50W小型化幅相一致脉冲行波管的研制情况,该样管是在20W小型化行波管的基础上,将输出峰值功率由20W提升至50W,平均功率由10W提升至15W,同时外形尺寸减小至200mm×30mm×20mm。样管测试结果表明:在33～37GHz频率范围内峰值功率大于50W,占空比30%,效率大于35%,增益大于40dB,整管尺寸小于200mm×30mm×20mm,重量小于350g。

太赫兹时域频谱仪用宽带光导天线的研究

采用大型电磁计算软件CST对一种现有的偶极子型光电导天线的方向性进行仿真计算。结果表明,这种偶极子型光电导天线或最大辐射方向随着频率的变化而发生显著变化,方向性比较差,造成其在应用于太赫兹时域频谱仪时效率低下,且对环境存在电磁污染的问题。本文的研究方法可以用于研究新的光电导天线,从而改进太赫兹时域频谱仪用光电导天线的性能。

THz输能窗及天线一体化结构的研究

提出了一种THz输能窗及天线一体化结构,并利用三维电磁仿真软件对其进行模拟计算。计算结果表明这种结构在0.20 THz～0.24 THz范围内的驻波比小于1.5,而所需蓝宝石窗片厚度为0.3 mm,是已知盒型窗窗片厚度的在2倍。这表明在相同工艺条件下,这种结构可以工作在相同厚度窗片盒形窗的2倍工作频率。此外,这种结构还集成了小型天线,减少了太赫兹源的外围波导系统,方便了使用。

行波管金刚石输能窗片金属化影响因素分析

为制备行波管用金刚石输能窗片,分析金刚石金属化影响因素。采用粗糙度、拉曼光谱评估金刚石材料性能。采用酸洗、离子束刻蚀清洗金刚石表面。采用冲压掩膜、光刻掩膜防护非金属化区域。通过物理气相沉积制备Ti/Mo/Ni金属化层,并通过真空热处理方法制备TiC过渡层。结果表明:当金刚石内石墨的质量分数低于1%时,离子束刻蚀方法一方面去除金刚石表面杂质,另一方面将表面粗糙度从0. 256μm提升至0. 343μm;相比冲压掩模,光刻掩模降低界面孔隙率,减少了金属离子对掩模底层的污染,过渡区域宽度从200μm减少至10μm; 700℃保温过程促进了TiC的形成,提升了金属化层结合强度,促进了抗热冲击性能。

基于场匹配法的双排矩形栅慢波结构高频特性研究

本文运用场匹配法对具有任意位错的双排矩形栅慢波结构的场分布、色散特性及耦合阻抗进行了研究.研究结果表明,场匹配法推导的色散特性与仿真软件CST和HFSS计算的结果完全一致,耦合阻抗介于CST和HFSS之间.在此基础上,详细研究了上下两排系统之间位错对色散特性及耦合阻抗的影响.当位错严格为半个周期时,第一阻带消失,第一个模式最高截止频率与第二个模式最低截止频率重叠,发生简并;当位错为0.45倍周期时,在保证耦合阻抗不变的情况下,基模的通带虽降低了2.8GHz,但阻带却增大了7.9GHz,从而可以有效避免简并及模式竞争的发生.

基于双排矩形梳状慢波结构的W波段宽频带行波管模拟研究

提出采用圆形电子注和双排矩形梳状慢波结构作为W波段宽频带行波管注波互作用回路.对该慢波回路的"冷"态特性、输入输出结构等方面进行了模拟仿真和分析,研究结果表明,该结构色散特性较好,带宽较宽;通过调整双排矩形梳状慢波结构之间的距离和电子注通道半径的尺寸,圆形电子注系统取得了和带状注系统相同的耦合阻抗;且该结构传输特性较好,优化后整管的驻波比能在较宽的频带内保持在2以下.此外,对该慢波系统的大信号理论计算和PIC粒子模拟结果一致.在50 mW驱动功率下,输出功率在10 GHz带宽内大于40 W,增益高于29 dB.

基于开槽单矩形栅和圆形电子注的W波段返波振荡器

提出将开槽单矩形栅和圆形电子注作为W波段返波振荡器的注波互作用回路.使用3维电磁场仿真软件CST-MWS对开槽单矩形栅的高频特性进行了仿真分析,研究结果表明:相对于传统单矩形栅,新结构的基模带宽有所展宽;基模与高次模发生模式竞争的可能性很小;在采用圆形电子注时新结构能获得大得多的耦合阻抗;新结构的趋肤损耗略有改善.将该慢波结构应用于设计一支以94GHz为频带中心的W波段返波振荡器:设计了简洁的慢波过渡部分、输出耦合器和终端匹配衰减器,优化参数后获得了良好的信号传输特性;利用粒子模拟软件CST-PS对返波振荡器模型进行了三维大信号注波互作用计算,设定合适的电子注电流等参数后,调整工作电压在较宽的频带内获得了瓦级的功率输出,电子效率在整个频带范围内优于1%.

正弦波导高频特性分析

对一种全金属慢波系统—–正弦波导的高频特性进行了理论分析.在用一系列相连矩形阶梯逼近余弦槽的基础上,对慢波结构进行了合理的区域划分,获得了各区域的场表达式.考虑槽区的高次驻波项,采用场匹配和导纳匹配相结合的方法,导出色散方程和耦合阻抗表达式.以应用于220 GHz行波管的正弦波导为例进行高频特性的数值求解,理论计算值与全三维电磁软件CST-MWS的仿真值符合良好.在此基础上,详细分析了尺寸参数变化对正弦波导高频特性的影响.

阶梯槽交错双栅慢波结构高频特性理论和模拟

本文基于一种阶梯槽交错双栅周期慢波结构模型,获得了该结构中的电磁场分布公式.通过场匹配方法,求出了该结构的高频色散方程和耦合阻抗表达式.以W波段行波管用的阶梯槽交错双栅为例,利用本文公式和CST-MWS电磁软件比较计算了色散和耦合阻抗特性,分析了阶梯尺寸参数对高频特性(基模色散、+1次空间谐波归一化相速和耦合阻抗)的影响.结果表明,理论和CST-MWS软件模拟有很好的一致性;相对矩形交错双栅,改善了色散特性,拓展了基模带宽,同时具有足够大的耦合阻抗和适合工程应用的机械强度,在一定程度上可以弥补矩形交错双栅周期慢波结构的不足.