Ka波段8路径向波导空间功率分配(合成)器

通过理论研究以及高频仿真相结合的方法分析设计了一款新型Ka波段8路径向波导空间功率分配(合成)器。研发的新结构输入输出段为标准矩形波导结构,代替了传统功率分配(合成)器输入输出段的同轴结构,这种新型全金属结构更加简单紧凑,更易于加工。仿真结果表明:功率分配(合成)器工作带宽达到了34%(12GHz),基本覆盖整个Ka波段;全频带内反射系数S11低于-20dB,各支路的相位差均小于5°。通过在同轴波导渐变段引入切比雪夫渐变结构,在减小了器件尺寸的同时,在整个频带内的网络S参数也不错。这款新型Ka波段8路径向波导功率分配(合成)器将应用于前级固态功率放大器,推动回旋行波管项目研发。     

基于二维Meniscus透镜的准光功率合成器

为了实现大功率容量和高效率的空间功率合成,将基于波导腔体的二维Meniscus透镜用于毫米波功率合成器的设计.对透镜中传输的主模(TE10波)的散射效应进行了分析,并且设计了匹配层减小透镜结构带来的反射.在30 GHz频率上利用Rexolite介质的Meniscus透镜设计出了10路功率合成器,对不同结构的功率合成器和不同参数的透镜进行了研究,得到了最终的优化结果.CST-MMW的仿真结果表明该功率合成器在30 GHz合成效率可以达到92.6%,并且其80%以上效率工作带宽可以覆盖整个Ka波段.     

基于二维Meniscus透镜的准光功率合成器(英文)

为了实现大功率容量和高效率的空间功率合成,将基于波导腔体的二维Meniscus透镜用于毫米波功率合成器的设计.对透镜中传输的主模(TE10波)的散射效应进行了分析,并且设计了匹配层减小透镜结构带来的反射.在30GHz频率上利用Rexolite介质的Meniscus透镜设计出了10路功率合成器,对不同结构的功率合成器和不同参数的透镜进行了研究,得到了最终的优化结果.CST-MMW的仿真结果表明该功率合成器在30GHz合成效率可以达到92.6%,并且其80%以上效率工作带宽可以覆盖整个Ka波段.     

95 GHz TE03模回旋管内置渐变波导设计

在耦合波理论的基础上,结合波导渐变曲线给出了普适高阶渐变波导设计方法,研究了95 GHz回旋管内置 TE03模式改进Dolph-Chebychev渐变波导。采用编制的数值计算程序进行优化,得到了可靠的最优几何参量,设计出了紧凑的95 GHz渐变波导。经全电磁场仿真验证,该内置渐变输出结构对杂模的抑制达30 dB,满足设计要求。回旋管的热测实验中测出的模式样图表明,所设计的内置渐变波导有效地实现了回旋管内径变化。该方法可以高效地指导高阶过模圆波导渐变结构的设计。     

锥形脊结构半导体光放大器的有限元分析

为提高半导体光放大器与单模光纤耦合效率，建立了半导体放大器的锥形脊结构模型。在该模型下利用有限元数值模拟方法分析，计算了波导区折射率、锥尖宽度、条形波导尺寸、渐变折射率波导层对锥形脊结构模式扩展的影响。通过完善锥形脊结构参量的设计，获得了锥形脊结构半导体光放大器与单模光纤95％的耦合效率。     

脊波导在速调管输出组件中的应用

在新型L波段多注速调管的研制中,为了降低电磁聚焦系统的设计难度,需要减小输出波导的截面尺寸。为此,提出了在速调管输出组件中应用脊波导的方案。针对该型速调管的要求,设计了完整的脊波导输出组件并进行验证。计算结果表明,这种采用了脊波导的速调管输出组件,能够在10%的带宽内达到1.2以下的驻波比,理论功率容量达到490 MW。采用了该方案的组件尺寸紧凑,加工方便,调试容易。     

弯曲波导研究进展及其应用

本文主要分析了弯曲波导损耗机理,包括传输损耗、辐射损耗、模式转换损耗。重点综述了设计低损耗弯曲波导的方法,包括波导材料、弯曲波导的曲线形状、波导种类、脊型波导的宽度、脊高、弯曲半径、模场分布、弯曲波导曲线形状和其他新型波导结构等。简要概括了近年来设计和制备低损耗弯曲波导的代表性工作。介绍了弯曲波导在集成光学中的应用。通过对弯曲波导的损耗及耦合机制理论的不断完善,实现光在较小弯曲半径的低损耗传输,从而提高集成光学的集成度是弯曲波导今后的发展趋势。     

用于速调管功率合成输出结构的转向波导设计

 为X波段高峰值功率速调管功率合成输出结构设计了一个工作在9 GHz的转向波导,用于连接功率合成器和速调管输出腔。转向波导结构由中心矩形谐振腔、两个矩形耦合孔和两边的输入输出波导组成;输入和输出波导由速调管输出腔和功率合成器确定,分别工作在TE₁₀和TE₀₁模式,它们相互垂直并偏离矩形谐振腔的中心;中间的矩形谐振腔工作在TM₁₁₀,TE₁₀₁和TE₀₁₁混合模式。这种转向波导结构的3个反射零点构成了较宽的传输通带。将连接转向波导结构的功率合成器加载到速调管输出腔,计算了功率合成器加载后速调管输出腔的间隙阻抗。计算结果表明：功率合成器的加载对输出腔间隙阻抗影响不大。设计的转向波导结构很好地应用到了速调管功率合成输出结构中。     

渐变耦合脊波导晶体管探测器光响应分析

为提高InP基光探测器的吸收效率和工作速度,设计了一种渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管探测器。采用有效折射率法和光束传播法,分析渐变耦合脊波导的光传输模式,优化后波导宽度和波导长度分别为2.6μm和250μm,可实现单模传输和高的光吸收效率。由于渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管光传输方向与载流子运动方向垂直,分别优化光敏晶体管的吸收效率和速度,器件输出光电流和特征频率均得到改善。渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度为33.83A/W,饱和输出光电流为90mA,最高特征频率达到87GHz,其饱和输出电流和特征频率相比于台面单载流子传输异质结光敏晶体管分别提高了20%和24%。但渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管吸收体积大,获得饱和电流时的光功率也比较大,因此渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度略小于台面的单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度。     

基于过模波导的高功率微波准相干功率合成器

研究了一种用于功率合成的GW级高功率微波功率合成器。该合成器工作在X波段,输入微波由2路工作频率不同的X波段的微波源产生。为了满足输出功率和功率容量的要求,用于功率合成的微波源工作段波导的过模因子为12.7,这给功率合成器的设计带来了一定的困难。着重讨论了如何利用过模波导设计X波段高功率合成器,研究了如何抑制过模波导的高次模式并提高其功率容量和传输效率。设计的功率合成器单路传输效率达到99.0%以上,允许的最大输出功率达到5.6 GW以上,还可以按照需求适当增大高度,以进一步提高其功率容量而不影响传输效率。     

一种基于光学偏置的新型Math—Zehnder调制器结构设计

设计了一种基于光学偏置并以有机聚合物PMMA／DRI作为光波导材料的新型Mach-Zehdner调制器。利用有效折射率法（EIM）,分析了脊波导的有效折射率随脊波导结构参数变化情况,包括脊宽训、脊高b和芯层厚度d,以及上下包层厚度。采用微带线单电极调制方式结合脊波导的结构设计,实现了微波和光波的速率匹配。针对优化的结构参数,采用BPM方法进行光场和功率传输的模拟仿真,完成了非等臂Math—Zehnder调制器的结构设计,实现了两臂89．84。的初始相位差,消光比约为27dB。     

带有增益介质层的混合脊状等离子体波导的传输特性

在传统脊状等离子体波导的基础上设计了一种带有增益介质层的新型混合脊状等离子体波导,其结构中的介质层部分包含两个区域:前区为单一介质,后区的脊是由2种介质构成的双层脊区。采用二维时域有限差分方法分析了波导结构的传输特性,得到了TM模下的电场分布图,并对输出功率以及传输损耗与结构参数和介质折射率的变化规律进行了讨论。结果表明,在波导中引入的增益介质材料磷化铟后其损耗达到-6 dB/μm。此种波导结构对于光集成芯片的研究与制作具有重要意义。     

脊峰形同轴波导的工作特性

文中给出了脊峯形同轴波导的各波型的截止频率曲线,与最低波型的功率传输量,还有一个波导的衰耗常数公式,指出了脊峯形同轴波导具有极低的截止频率,可以在很宽的频段内工作。这些是同轴线工作于TEM波型时的特性。     

轴对称渐变型类周期慢波结构的色散特性

 运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意轴对称渐变型类周期慢波结构色散特性的方法。采用该方法编制了计算渐变型波纹波导和渐变型盘荷波导色散曲线的Matlab程序,详细分析并讨论了这两类典型渐变型类周期慢波结构的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件模拟结果的数据吻合度较高,验证了该数值算法的可靠性。另外,该方法具有较强的普适性和扩展性,也可退化到任意轴对称周期慢波结构色散特性的求解,为慢波结构的设计提供一种简单有效的途径。     

X波段高峰值功率速调管功率合成器设计

 基于微波电路理论和EBMA(extended boundary condition model analysis)电磁计算方法,先后设计了一个工作在9 GHz的4合1和8合1功率合成器。功率合成器可将多个侧壁矩形波导中相同输入的TE10模电磁波在中心圆波导中以TE01模式输出,实现功率的合成。利用EBMA方法和CST软件对所设计功率合成器的传输系数进行了计算,在中心频率9 GHz处,计算结果分别为1.00和0.99,从而验证了功率合成器具有良好的功率合成效果。对于8合1功率合成器,还根据模型简化的想法,使得功率合成器加载后,对输出腔间隙阻抗的计算成为可能。     

一种矩形截面切伦柯夫脉塞金属周期慢波结构的分析方法

 分析了矩形截面切伦柯夫脉塞周期金属慢波结构的色散特性,以及结构参数的变化对色散曲线的影响。为避免慢波结构两端突变引起的反射振荡,采用等效电路法分析了用于连接光滑波导和慢波结构的渐变段。将线性形、两段形和指数形的渐变段进行了比较。指数形渐变段末端的功率反射系数最小, 并且整体的变化最平缓, 因此可将其作为实现慢波与快波间转换的较优选择。分析了频率和实际加工误差对指数形渐变段功率反射系数的影响:在频率较小时,功率反射系数也较小;固定频率下,较小的加工误差能使交界处功率反射系数的变化较平缓。在此基础上设计了一个功率反射系数小于0.01的指数渐变段,实现了工作模式和快波模式之间的良好匹配。与耦合模理论分析方法相比,等效电路方法更为简洁,二者结果相符合。     

带有锥形增益区14xxnm量子阱激光器的研制

利用MOCVD生长了14xxnm AlGaInAs/AlInAs/InP应变量子阱外延片.采用带有锥形增益区脊型波导结构和普通条形脊型波导结构在相同的实验条件下制作800 μm腔长激光器管芯,在相同的驱动电流下前者可以获得更高的输出光功率,而且P-Ⅰ曲线线性度较好、饱和电流高. 1200 μm腔长带有锥形增益区脊型波导结构管芯功率达到500 mW,饱和电流3 A以上,峰值波长1460 nm,远场发散角为39°×11°.     

一种基于嵌套结构的锁频锁相高功率微波振荡器仿真研究

高功率微波（HPM）产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用,同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率微波振荡器。相对于传统的锁频锁相方法,提出了基于耦合波导实现锁频锁相的新方法。内外相对论速调管振荡器（RKO）产生的微波信号通过耦合波导泄漏到高频结构中,对电子束进行预调制,从而实现锁频锁相。另外,为实现内外高功率微波通道合成,设计了双通道功率合成器。在振荡器的工作频点,功率合成器能弥补振荡器两输出通道相位差,使得功率合成效率提高,合成效率为98.3%。在二极管电压575 kV,磁场强度0.6 T条件下,内外RKO的微波输出功率分别为2.2 GW和3.2 GW,频率差波动小于20 MHz,相位差稳定在10°附近;加载双通道功率合成器,仿真结果表明,微波输出功率为5.31 GW,功率效率32.2%。结果表明,嵌套器件在互锁状态时,振荡器饱和时间缩短,输出功率增大。     

一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0~360°相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5dB,相频曲线呈线性关系。     

THz波段渐变波导中的多模传输特性

 根据耦合波理论,推导出轴对称渐变波导中, 考虑波导壁损耗时的多模传输时域耦合波方程组,并给出该方程组中各模式间耦合系数的具体表达式。据此编写了渐变波导中多模传输特性数值模拟程序。利用该程序计算了在THz波段圆波导中的模式衰减,在THz波段研究波导中的多模传输特性时,必须考虑波导壁的阻抗损耗影响。数值分析了直波导中的模式耦合问题,从而证实了波导壁有限电导率能产生模式耦合这一耦合机制。介绍了利用该程序数值分析波导耦合器和过渡器中多模传输特性的两个例子,利用该程序可对波导耦合器和过渡器中的多模传输特性进行数值模拟分析,进而对结构进行设计和优化。