345 GHz微折叠波导慢波结构的粗糙度和加工垂直度

通过理论和数值模拟方法,考虑金属粗糙度的情况下,研究了加工垂直度公差角在0~6°范围内变化时折叠波导慢波结构的工作性能,结果表明:金属波导表面的粗糙度增大时,慢波结构中电磁信号的传输损耗增大;垂直度公差角的增大也使得电磁信号的传输损耗增加,而且垂直度公差角所引起的结构变化会引起器件的电压工作点漂移、带宽降低等。     

变周期大结构低压工作折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决工作在3 mm波段及以上频段的折叠波导行波管因加工精度和功率容量的局限性, 提出了非渐变型有限变周期折叠波导慢波结构. 首先给出了这种结构能够有效增大高次空间谐波耦合阻抗的理论基础, 并导出了色散和耦合阻抗表达式; 然后进行数值计算, 给出一组优化后的设计参数, 并以此确定行波管的工作点; 最后利用MAFIA粒子模拟软件进行大信号互作用模拟, 获得有效增益. 在结构和周期都比较大的情况下, 实现了相对工作电压比较低的行波管设计. 关键词： 折叠波导 变周期 高次模式 行波管     

太赫兹折叠波导慢波结构S参数特性

理论上分析了计算周期数对0.22 THz折叠波导慢波结构S参数的影响,讨论了折叠波导慢波结构各个尺寸参数对损耗特性的影响,研究了粗糙度与损耗特性之间的关系。通过实验验证了0.22 THz标准矩形直波导的损耗特性。对实际加工的0.22 THz折叠波导慢波结构进行了测试,得到了实际的太赫兹波折叠波导慢波结构传输与损耗特性。     

介质加载折叠波导行波管的线性分析

提出了一种介质加载折叠波导慢波结构,给出了该结构中存在电子注时慢波互作用的热色散方程,在介电常数ε_r=1的特殊情况下该方程即简化为普通折叠波导的小信号工作方程.在给定慢波结构尺寸的基础上,分析比较了介质加载对放大器小信号增益特性的影响,结果表明:"弱加载"(介质厚度d/a<0.1)时,无需重新设计慢波结构的参数,只需适当调整工作电压和电流就可以满足原有设计要求,而且和未加载时相比增益特性更为平坦,降低的电子注阻抗也有利于电子效率的提高.考虑到 关键词： 折叠波导 行波管放大器 介质加载 热色散方程     

新型高增益太赫兹折叠波导慢波结构

提出采用分段变参数型折叠波导慢波结构提高器件增益的新方法。结合小信号理论分析和束-波互作用的三维PIC数值模拟,进行分段变参数型慢波结构的理论设计研究。通过0.345 THz两段式折叠波导慢波结构的设计实现和模拟验证,结果证明, 相同的电子注工作条件下,两段式慢波结构的电子转化效率和饱和功率相对于传统均匀型慢波结构提高了94%,并可以推广应用到多段式。     

结构参数对折叠波导行波管工作性能的影响

分析和计算了互作用区折叠波导截面长宽比(b/a)、直边高度和电子束通道大小等结构参数对太赫兹波段折叠波导行波管工作性能的影响。结果表明:互作用区衰减常数随b/a的增大而减小, 耦合阻抗和小信号增益则随b/a的增大先增加而后减小, 存在最优值。电子束通道越大, 衰减常数越大, 耦合阻抗和小信号增益降低得越多。相对于电子束通道, 增益和损耗对直边高度的敏感程度显著降低。因此为了提高器件功率容量, 可适当增加折叠波导的高度;在保证电子束能够顺利传输的前提下, 电子束通道越小越好。在折叠波导行波管的实际研制中, 可依据具体的实验条件和要求, 在适当的范围内合理选取互作用区各结构参数的值。     

介质加载回旋行波管小信号分析

 应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，结合介质加载波导的冷场分析，数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度。改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡。结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线。     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，并结合介质加载波导的冷场分析，通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度，通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上，对Kα     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,并结合介质加载波导的冷场分析,通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度,通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上,对Kα 关键词： Kα波段介质加载回旋行波管 绝对不稳定性 自激振荡 小信号增益     

0.14THz基模多注折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决THz行波管工作电流过小、输出功率低等问题,提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管.首先,获得了基模多注折叠波导色散特性的等效传输线计算模型,并与数值模拟结果进行了比较;然后,对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算;最后,通过模拟和理论计算完成了0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析.电子注参数为12 m A,15.75 k V时,获得的3 d B带宽为25 GHz(128—153 GHz),最大增益为33.61 d B,最大峰值功率为23 W;电子注参数为30 m A,15.75 k V时,在0.14 THz处获得了38 d B增益,最大脉冲输出功率为63.1 W.对比同条件下基模单注折叠波导行波管,3 d B带宽提升了1倍,0.14 THz处输出功率增大了9.66倍,互作用效率增大了3.22倍;当增益相同时,多注方式的互作用长度较单注缩短了33%.该方法能够有效增大THz行波管的工作电流,提高互作用增益及效率、3 d B带宽、输出功率;在增益相同时,基模多注行波管可以做得更短更紧凑.     

Theoretical Study for Folded Waveguide Traveling Wave Tube

A wideband folded waveguide traveling-wave tube (TWT) amplifier has advantages of simpler coupling structures and robust structure over the conventional helix TWT. The phase velocity of waves in folded waveguide is slowed down to the velocity of electron beam. Slow-wave interaction with the electron beam in folded waveguide is studied in a linear fashion. For a cold beam, the linear theory predicts a gain of 2 dB/cm and a bandwidth of 37% at the center frequency of 14 GHz. A closed algebraic dispersion relation for the frequency and the axial phase shift per period is obtained using an equivalent circuit model. Numerical solution calculated from the dispersion relation and three-dimensional electromagnetic code, HFSS simulations predict a mode coalescing in the folded waveguide. And a theoretical phase velocity prediction of the electromagnetic wave in this circuit is verified by HFSS simulations.     

0.4 THz回旋行波管的设计与模拟

利用三维粒子模拟仿真软件,对共焦波导结构的0.4 THz回旋行波管进行了注波互作用的模拟研究。以共焦波导的冷腔色散以及衍射损耗入手,最终选定HE06模作为互作用工作模式。为了对寄生振荡进行抑制,在互作用结构中引入了截断。在模拟过程中,通过调节束压、束流、工作磁场、电子束横纵速度比,得到了最优的工作参数。最终,在束压34 kV、磁场14.25、束流2 A、横纵速度比0.75的工作参数下,当输入信号为1 W时,得到了最高2.76 kW的功率输出,增益超过34 dB,3 dB带宽为8 GHz,效率达到4%。     

Ka波段曲折双脊波导行波管的研究

提出了一种曲折双脊波导慢波结构,理论分析了慢波结构的高频特性,并在此基础上设计了工作在Ka波段的曲折双脊波导行波管.利用三维粒子模拟软件MAGIC 3D建立了曲折双脊波导行波管模型,并对行波管中的注-波互作用进行了模拟分析.在相同工作条件下,分析比较了曲折双脊波导行波管和曲折波导行波管的各种性能参量,从中发现：在行波管增益峰值相近的情况下,曲折双脊波导行波管具有更好的带宽性能,其3 dB增益带宽为22％;同时具有更高的电子效率,其峰值接近9％. 关键词： 曲折双脊波导 高频特性 注-波互作用 带宽     

太赫兹量子级联激光器光束特性分析

用有限元法计算太赫兹量子级联激光器激光模式的阈值增益.结果表明:接触层厚度和掺杂浓度对阈值增益的影响远远大于波导宽度和激射波长;接触层厚度较小(大)和掺杂浓度较低(高)时,TM₁(TM₀)模的阈值增益较小.在此基础上,用矢量衍射理论分析岀射光束的远场特性,得到光束的远场光斑基本是椭圆;x方向的远场散射角随波导宽度或激射波长的增加分别线性减小或增加,尽管对应的接触层厚度和掺杂浓度不同,但TM₀和TM₁模x方向的远场散射角相同;另外,还得到y方向远场散射角不受波导宽度或少受激射波长的影响.在阈值增益和光束质量方面,TM₁模都优于TM₀模.     

并行多注THz折叠波导行波管的理论分析与数值模拟

为了提高THz行波管的输出功率,通过并行多注和功率合成的方法,完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明:单束行波管在0.135～0.157THz频率区间具有很好的色散平坦度,3dB带宽为13GHz,0.14THz处获得了20.88dB的最大增益;多束合成行波管在0.14THz处获得了20.8dB的合成增益,3dB带宽区间合成效率不低于92%。数值模拟表明该方法很好地实现了多路放大信号的合成输出。并行多注行波管具有输出功率大、单束电流小、聚焦磁场低等优点,能够在低发射电流密度条件下实现大功率THz辐射。     

Investigation of a wideband folded double-ridged waveguide slow-wave system

The folded double-ridged waveguide structure is presented and its properties used for wide-band traveling-wave tube are investigated.Expressions of dispersion characteristics,normalized phase velocity and interaction impedance of this structure are derived and numerically calculated.The calculated results using our theory agree well with those obtained by using the 3D electromagnetic simulation software HFSS.Influences of the ridge-loaded area and broad-wall dimensions on the high frequency characteristics of the novel slow-wave structure are discussed.It is shown that the folded double-ridged waveguide structure has a much wider relative passband than the folded waveguide slow-wave structure and a relative passband of 67% could be obtained,indicating that this structure can operate in broad-band frequency ranges of beam-wave interaction.The small signal gain property is investigated for ensuring the improvement of bandwidth.Meanwhile,with comparable dispersion characteristics,the transverse section dimension of this novel structure is much smaller than that of conventional one,which indicates an available way to reduce the weight of traveling-wave tube.