一种220 GHz波导-悬置微带线过渡电路设计

波导-微带过渡电路是连接毫米波、太赫兹系统中平面电路与波导的重要结构,直接影响系统性能。设计了一种中心频率220 GHz的矩形波导-悬置微带线过渡电路。过渡采用探针耦合的形式,并使用渐变线结构实现宽带阻抗匹配,这种结构具有结构紧凑,易于加工,宽带和插入损耗低等优点。最终的仿真结果表明：在180~255 GHz的频带内回波损耗优于20 dB,插入损耗小于0.18 dB。这种结构可广泛应用于毫米波、太赫兹平面电路中。     

悬置微带线的过渡设计

设计了一种新型微带-悬置微带线和波导-悬置微带线的过渡结构。此过渡模型工艺简单、尺寸紧凑、加工精度不高,在较宽的频带范围内实现了较好的过渡特性。这种过渡设计可以改善悬置微带电路的应用范围,同其它电路或系统可以更好地综合应用。通过仿真设计和样品测试,在整个Ka频段,波导-悬置微带线过渡结构插入损耗小于0.75 dB。     

220 GHz新型SIW-波导过渡结构的设计

基片集成波导(SIW)既有波导的损耗低、品质因数高、功率容量大的特点,又兼具微带线的低剖面、尺寸小、易于与其他平面电路集成的优点,被广泛应用于微波电路设计之中。鉴于目前测试系统及级联都采用矩形波导端口,为实现对SIW元器件的测试及系统集成,须对SIW元器件进行过渡结构设计。采用三维高频电磁仿真软件仿真和优化,设计了一种新型SIW-波导过渡结构。仿真结果表明：该结构在205~225 GHz频段内,带内插入损耗在0.5~0.6 dB之间,回波损耗大于12 dB;背对背结构,插入损耗小于1.5 dB,回波损耗大于10 dB,相对带宽11.4%。     

宽带射频垂直过渡结构的设计

针对多层毫米波的射频传输问题,设计了一种宽带射频垂直过渡结构。通过调节微带线枝节与绝缘子之间的匹配关系,使射频信号在多层介质基板中实现低损耗、宽频带的传输。利用三维电磁仿真软件对该过渡结构进行了建模仿真,实物加工和测试结果表明,在DC至40 GHz的频带范围内回波损耗低于-8 d B,插入损耗大于-2.2 d B。     

0.6 THz三次谐波回旋管的研究

 太赫兹回旋管是一类基于电子回旋受激辐射机理的快波器件,同时也是目前最具发展前景的高功率太赫兹辐射源.本文根据回旋管的线性理论和自洽非线性理论对三次谐波、工作频率0.6 THz的回旋管进行了研究,重点讨论了引导中心分别为0mm的实心回旋电子注和0.315mm的空心回旋电子注的模式竞争.通过分析比较,发现工作在0.6THz 、三次谐波的众多模式中TE37模是一比较理想的工作模式,它不仅有相对较高的功率输出,而且还有相对较少的模式竞争.本文中的设计采用55kV/1.0A,电子注的速度横纵比为1.5,在工作磁场7.86T下,数值计算结果表明输出功率达4.73kW.     

太赫兹矩形波导与共面波导耦合结构设计

太赫兹（THz）波位于微波与红外光波之间,现有微波和光波段波导技术应用正在向THz波段拓展。但是,由于水汽对THz波的强吸收及制造工艺等原因,THz器件主要是平面结构,而THz源及其传输需要用矩形波导。因此,矩形波导与共面波导之间的转换结构成为决定元件和系统性能的关键部分。该设计利用脊波导进行阻抗匹配及电磁场模式转换,实现THz波矩形波导到共面波导的高效率耦合。结果表明,在0.2~0.4 THz频段内,该转换结构的传输系数(S₂₁)高于?3 dB,可以对THz电磁场进行高效率转换。该结果可用于太赫兹分子探测、太赫兹通信等领域,为0.2 THz以上太赫兹的模式转换提供了一种可行方案。     

太赫兹回旋管的现状及其发展

太赫兹回旋管一种具有重要发展前景的高功率太赫兹源。简要介绍了回旋管的结构和基本原理,并且评述了国内外太赫兹回旋管的发展状况和趋势;同时指出了太赫兹回旋管发展中存在的关键问题及一些建议。     

基于外差法的回旋管装置诊断与测试方法

针对大功率、高频率的回旋管装置,提出了基于频谱仪与扩频模块相结合的外差法测量与诊断回旋管波源的方法。利用频谱仪与扩频模块实现外部谐波混频,并将中频信号经过快速傅里叶变换处理后识别回旋管波源的信号频率。将实测结果与理论计算相互比对,从而实现了对回旋管结构与工作参数的诊断测试。测试方法操作简单,结果可靠,对于回旋管进一步在太赫兹频段的测试应用具有重要意义。     

0.5THz二次谐波同轴回旋管的设计

二次谐波回旋管所需磁场仅为基模的一半,极大地降低了对工作磁场的要求.基于回旋管线性和自洽非线性理论设计了一只0.5 THz回旋管,采用TE56模为工作模式,分析了多项关键参数对注波互作用效率的影响,当其工作电压为49 kV,工作电流为5A,工作磁场为时9.94 T,效率为22.52％,输出功率可达55 kW.     

225 GHz回旋管同轴输出结构的数值模拟

在225 GHz回旋管同轴输出腔结构特性的基础上,采用三维电磁软件给出了输出腔后同轴输出结构的设计。数值模拟了内轴不同半径和截断长度对传输效率和带宽的影响,并由此设计出中心频率225 GHz、传输效率为96.2%、带宽接近4GHz的同轴输出结构。     

应用于动态核极化核磁共振的太赫兹回旋管

太赫兹波驱动的动态核极化核磁共振波谱技术能将信号灵敏度提高几个数量级,太赫兹回旋管可实现高功率输出,并有一定的频率调谐范围,符合核磁共振波谱系统对太赫兹辐射源的需求。介绍了应用于核磁共振波谱系统的频率可调太赫兹回旋管的发展,研究了多段式腔体结构以及频率可调太赫兹回旋管中工作电压和磁场与电子注质量的关系。在应用于动态核极化核磁共振的太赫兹频率可调回旋管工作时,多段式腔体结构明显优于传统三段式谐振腔。在设计太赫兹频率可调回旋管时,不仅要考虑改变工作电压或磁场导致的电子横纵速度比的变化,而且还要考虑改变工作电压或磁场导致的电子速度离散和引导中心半径离散的变化。     

高次谐波太赫兹回旋管的多模工作研究

为了发展大功率、实用性强的太赫兹辐射源,文中对太赫兹回旋管中多个二次谐波工作模式的注波互作用进行了理论和实验研究,分析不同参数下多个二次谐波工作模式单模振荡的条件.实验研究结果表明,在二次谐波工作状态下,通过调节工作磁场、电流等参数,在单管中实现了四个不同频率0.391、0.404、0.416、0.423 THz,千瓦级以上输出功率的太赫兹波辐射.     

基于耦合腔的太赫兹垂直传输结构

提出了一种工作在110 GHz的耦合腔垂直传输结构。在垂直金属腔的两端对称地装配两个模式变换单元,作为波导的两个激励端口。模式变换单元在50 μm厚度石英基片上实现,该基片采用通孔结构和双面镀金工艺。因此,该垂直传输结构在太赫兹频段具有较低的插入损耗。仿真结果与测试结果拟合良好,模式变换单元的 S₂₁仿真结果为?0.7 dB,测试结果小于?1.3 dB,在105~116 GHz带宽的反射系数低于?10 dB。     

一种超低电压宽带调谐太赫兹回旋管互作用结构

低电压频率可调太赫兹回旋管在生物医学和波谱学等领域具有重要应用。文章分析了超低电压(<1 kV)下采用传统开放腔互作用电路的330 GHz 回旋管输出功率和频率调谐特性,探讨了超低电压下由于电子相对论效应减弱而导致的回旋管中电子注-波互作用耦合强度降低的问题。在此基础上,针对330 GHz 超低电压回旋管提出了一种改进的互作用电路结构,其下倾式尾端结构有助于增大反向波幅度,提高弱相对论电子注与电磁波之间的耦合强度,从而提高回旋管的输出效率及频率调谐带宽。非线性模拟结果表明,在低至0.3 kV 的超低电压下,采用此种互作用电路结构仍可获得大于1 W 的连续波输出功率及22 GHz 的连续调谐带宽,峰值输出效率大于7%。     

GaAs样品对太赫兹微带线频谱特性的影响

太赫兹片上系统是近年来太赫兹研究的热点,是太赫兹系统集成的关键技术。太赫兹微带线（MSL）是太赫兹片上系统的关键,微带线设计的合理性,直接影响着太赫兹片上系统的灵敏度和准确度,为了更好地制作片上系统,以理论模型为参照,利用HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件对太赫兹传输线及带阻滤波结构进行了系统的仿真研究。首先研究了微带线结构、微带带阻滤波结构的传输特性,并从应用的角度首次将样品引入仿真模型,研究了以GaAs为例的介电样品对微带滤波结构的滤波特性的影响。设计了358 GHz的微带滤波器结构,并通过改变放置在其上的GaAs样品参数,发现样品对微带滤波结构的中心滤波频率有明显影响。为太赫兹微带线的设计制作提供了精确的理论数据。     

利用电容结构改善太赫兹信号与检测器的耦合

对于THz频段的检测器,当器件的尺寸远远小于检测信号的波长时,可以获得快速的响应速度,但耦合信号的能力会下降。为了提高检测器的信号耦合能力,需要借助天线收集信号。因此天线的性能直接决定着器件的响应频段及灵敏度等参数指标。六氮五铌(Nb5N6) 微测热辐射计太赫兹检测器采用平面集成天线的方式来耦合信号,平面天线通过微加工技术,经过光刻、剥离等过程,集成在基片上,Nb5N6置于平面天线的中心。针对0.32 THz的中心频率,尝试采用电容耦合信号的设计方法,提高了Nb5N6的信号耦合能力。     

0.22 THz回旋管渐变输出结构的设计和分析

从渐变波导耦合波方程出发,设计了0.22 THz回旋管两种渐变输出结构,上升余弦和Dolph-Chebychev渐变波导过渡器;三维电磁仿真软件HFSS对这两种波导数值模拟验证的结果表明:两种渐变波导都符合设计要求,但是改进的Dol—ph-Chebychev渐变波导要比上升余弦渐变波导短,从而得到作为传输TE_(03)模回旋管输出段的最优波导过度器。     

小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器设计

提出了一种小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器,采用新颖的阶梯结构,将两个单通道耦合器结合,可在双通道内实现相同的耦合输出。研究结果表明,在180~260 GHz的频率范围内,该耦合器的耦合度为10 dB,输出最大误差小于1.6 dB,回波损耗大于25 dB,隔离度大于35 dB,相对带宽达到36%。与传统的太赫兹波导定向耦合器相比,该耦合器能够实现双通道的耦合输出,在太赫兹系统中可用于双通道的功率检测、功率合成与分配。     

一种基于耦合共振的太赫兹双频超材料吸收器设计

以两个相耦合的非对称十字金属条带结构作为基元,设计了一种新型双频带太赫兹超材料吸收器。该吸收器由周期性排列的基元、金属接地板以及介质层组成。通过基元之间的耦合,可利用单一基元实现太赫兹波段的双频带吸收特性。仿真结果表明,设计的超材料吸收器在具有基频共振所形成的吸收峰外,还具有耦合共振所形成的耦合吸收峰。通过调节耦合强度、介质层厚度和金属条带的对称性,可以在保持磁共振模式的耦合共振峰频率基本稳定的同时,对基频共振峰频率进行调控,以满足不同的吸收要求。此外,该超材料吸收器也展现出对气体折射率变化的敏感性,灵敏度可达2.5 THz/RIU,使这种吸收器在气体传感方面具有巨大的潜力。     

太赫兹扩展互作用振荡器的矩形耦合腔特性研究

本文选用矩形耦合腔作为太赫兹扩展互作用振荡器(EIO)的慢波结构,鉴于其结构的复杂性,采用等效电路方法计算其色散.详细研究了腔体和耦合槽的电路参数,计算了不同结构尺寸、圆形和矩形电子通道的0.12THz和0.225THz慢波结构的色散特性.并采用专业电磁软件,研究了不同结构参数下的色散特性、耦合阻抗和特征阻抗.通过对色...