电子注偏心对共焦波导回旋行波管的影响

利用线性和非线性理论研究了电子注偏心对0.22 THz回旋行波管注波互作用的影响。基于色散方程研究了电子注偏心对线性增益、绝对不稳定性的起振电流和返波振荡的起振条件的影响。引入自洽非线性理论,分析了电子注偏心对输出功率和注波互作用效率的作用。同时,在考虑速度离散的情况下,研究了电子注质量对共焦波导注波互作用的影响。结果表明,电子注偏心会导致效率的降低。     

Ku波段螺旋波纹波导回旋行波管色散特性研究

为抑制回旋行波管的自激振荡和增加回旋行波管带宽,俄罗斯G.Denisov等人提出一种新型回旋行波管结构——螺旋波纹波导回旋行波管。通过螺旋波纹波导的特殊结构使通过波导的两种模式发生耦合,耦合出一种新的工作模式,从而改变色散特性,达到抑制自激振荡和增加带宽的目的。通过螺旋波纹波导的色散方程,分析其色散曲线,从而分析螺旋波纹波导作为回旋行波管高频系统的优势。     

0.14 THz大功率回旋行波管前级激励源粒子模拟研究

以折叠波导行波管作为大功率回旋行波管的前级激励信号源,利用电磁仿真软件HFSS和粒子模拟软件(CST粒子工作室),对0.14 THz微电真空折叠波导行波管慢波结构的色散特性、耦合阻抗进行计算分析,然后对折叠波导行波管束波互作用过程进行粒子模拟,最后通过粒子模拟得到该折叠波导行波管的增益、工作电压、电流等工作特性参数。在电压为13.9 kV、电流为16 mA,输入功率为5 mW的条件下,输出功率为5 W,线性增益为30 dB,带宽3.7 GHz,最大输出功率为6.2 W,该结果为0.14 THz大功率回旋行波管实现kW量级的功率输出提供功率足够的前级馈入信号奠定了基础。     

螺旋波纹波导回旋行波管的模式耦合机制

从波导的等效边界条件出发,结合波导的激发方程组,通过数学推导说明了螺旋波纹波导回旋行波管的模式耦合机制。TE_1,1模会在螺旋波纹波导中耦合出TE_-2,1模,并且通过计算说明TE_-2,1模主要和TE_1,1模的空间-1次谐波发生耦合。     

140 GHz共焦波导结构回旋行波管放大器

为减少太赫兹回旋器件模式密度和降低模式竞争问题,利用具有模式选择特点的共焦波导结构作为140 GHz回旋行波管(Gyro-TWT)的高频互作用系统。在理论分析基础上,建立注波互作用计算模型并对其进行数值计算;通过对共焦波导高频场分布、衍射损耗、耦合系数以及注波互作用效率等输出参量的分析,选择HE06作为工作模式,确定了140 GHz Gyro-TWT放大器的基本结构和工作参数,并利用注波互作用非线性理论进行分析。模拟结果表明：在注电压为35 kV,注电流2 A,速度比为0.75时,该高频结构在140 GHz频点获得12 kW峰值输出功率,17.1%电子效率和38 dB饱和增益,3 dB带宽达到6 GHz。     

多注太赫兹折叠波导行波管的设计与模拟

为解决太赫兹(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(TWT)。首先,获得了基模多注折叠波导色散特性;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,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 GHz~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。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。     

微电真空折叠波导行波管放大器的电子枪设计

研制工作于太赫兹波段的微电真空折叠波导行波管(FWG-TWT)放大器,需要设计束流集中且发射度小、结构紧凑的热阴极电子枪.本文首先依据典型皮尔斯电子枪的设计理论,通过编程计算初步选定了热阴极电子枪的基本结构参数,然后利用模拟工具对电子枪的结构参数模型进行了初步的仿真优化.针对工作频率为0.22 THz的微型折叠波导行波...     

回旋行波管分布式介质加载高频结构研究

利用线性理论对Ka波段工作模式为TE01模的回旋行波管进行了稳定性分析,计算了介质加载条件下工作和寄生模式的传播损耗,以及不同传播损耗下工作模式的起振电流;对不同介质加载条件和工作电流,给出了3个主要寄生模式的起振长度;确定了介质加载厚度以及相对介电常数等参数。计算结果表明,在优化得到的介质加载条件下,寄生模式在其各自振荡频点的单位长度传播损耗大于抑制各寄生模式返波振荡所需最低损耗值要求;工作模式起振电流大于设计所需工作电流;寄生模式的起振长度大于设计的介质加载段和未加载段长度;设计的介质加载参数能够满足抑制工作和寄生模式自激振荡的要求。利用优化设计的高频结构及介质加载参数,进行了整管热测实验,得到了输出功率160kW,饱和增益40dB,效率22.8%以及3dB带宽5%的回旋行波管。     

W波段回旋行波管输出结构的优化设计*

在回旋行波管的设计过程中,输出结构性能的高低直接影响到整管增益的高低以及输出功率的大小。采用切比雪夫渐变波导作为耦合输出段,通过对轮廓线的计算程序进行改进,将中心频率作为可变量进行了修正。仿真结果表明,长度为75mm改进后的切比雪夫渐变结构不仅能抑制工作模式向杂模TE02和TE03的耦合,还能有效减少工作模式的反射。在整个工作频段内,杂模TE02和TE03的耦合系数分别低于-33dB和-65dB,TE01模的反射系数低于-20dB,TE01模的传输系数高于-0.01dB。     

0.22 THz折叠波导行波管设计

在一支0.22 THz折叠波导行波管样管的模拟设计和实验研究基础上,对该样管进行了优化设计。对慢波损耗特性、慢波结构的尺寸冗余度进行了研究,对结构加工进行了进一步的考虑,对样管的实验研究进行了详细讨论并论述了新慢波结构的设计。采用HFSS软件结合大信号理论计算进行模拟,结果表明,折叠波导行波管的输出功率不低于100 mW,带宽不低于5 GHz。     

超宽带双脊魔T的研制

优化设计并研制了由渐变双脊波导、匹配块、销钉等构成的双脊波导魔T,在18GHz～40GHz范围内实现了功率等分,E、H臂隔离度低于-30 dB,驻波系数小于1.7,等分臂功率差值小于0.2 dB.该超宽带双脊波导魔T具有用于雷达、电子对抗系统、超宽带接收系统等的实用价值,可促进整机小型化发展、提高系统性能.     

铌酸锂双面金属包覆波导电压传感特性

设计了一种利用铌酸锂作为波导基片的双面金属包覆平板光波导,利用波导中超高阶导模高敏感特性制成了一种反射型光学电压传感器。入射激光束采用小角度入射,当光波导处于导模共振状态时,选择一个恰当的工作点,再通过两金属电极对该器件施加直流电压,通过检测反射光强,获得相应的电压值变化。实验测量中所用的电压范围是-800～800V, 得到的线性度值为0.995,波导反射光的反射率变化灵敏度为0.2V-1,实验表明这种电压传感器具有较好的线性和灵敏度,该新型电压传感器具有结构与制作简单、调节方便和成本低廉等优点。     

脊的变化对双脊波导场图的影响分析

对称双脊波导脊的大小变化改变其传输特性参数,采用亥姆霍兹方程有限元方法计算出双脊波导主模截止波长数值,结果与文献结果对比说明计算方法精确有效,求对应的特征向量,就可得到脊波导横截面上的电场分布,从而分析脊大小变化对场结构图的影响。     

一种基于过模波导的高功率8 mm微波传输系统

过模波导是一种突破传统单模波导功率容量的波导结构。在高功率微波系统中,基于过模波导的模式过渡器和模式滤波器都是传输系统的关键器件。本文讨论了这些器件的理论设计依据,并设计了一套包括过模波导、模式过渡器、模式滤波器的8 mm 高功率过模波导传输系统,其中,模式滤波器分别通过膜片和窄缝滤除高次模。并用 CST Microwave Studio建模并仿真。仿真结果表明,该过模传输系统能够有效抑制高次模带来的谐振效应,提高微波的传输效率。     

含半导体超常媒质的矩形波导的导模研究

采用改进后的马可梯里方法推导出了半导体超常媒质矩形波导中体模和表面模的色散方程,讨论了最低阶TM模的截止频率并画出了布里渊图。结果显示不同的波导高度具有不同的导模频带,波导高度大的对应的导模频带较宽,并且彼此之间没有重叠。除此之外,不同模式还存在着简并的趋势。最后采用作图法验证了表面模的存在性。     

Guided modes in a rectangular waveguide with semiconductor metamaterial

The dispersion equations of bulk modes and surface modes in a rectangular waveguide of semiconductor metamaterial are derived by a modified "Marcatili's method".The cutoff frequencies of the lowest TM bulk mode are discussed,and the Brillouin diagrams of different bulk modes are drawn.They demonstrate that different heights correspond to different guidance frequency ranges which have no superposition with each other and a waveguide with a larger height possesses a wider passband of light.In addition,tendencies of degeneracy for different modes are observed.Finally,the existence of surface modes is verified by a graphical method.     

太赫兹折叠波导慢波结构的设计与微加工

从行波管工作的物理特性提出了一种获得折叠波导慢波结构参数的简单方法,给定工作频率和电压,能够获得折叠波导慢波结构的初始参数.设计了D波段的折叠波导结构来验证该方法,对其冷测特性如色散、耦合阻抗进行了分析.仿真结果表明,设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,在中心频率处耦合阻抗为3.5欧姆.在电子注电压为20.6 kV,电流为15 mA时,27 mm(50个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz具有13.5 dB的增益,3 dB带宽为11 GHz(213~224 GHz).同时讨论了折叠波导慢波结构的微加工工艺,并通过UV-LIGA工艺获得了实验样品.     

220 GHz折叠波导慢波结构的有损参数化模型

建立了自洽的考虑波导璧损耗的折叠波导等效电路模型,用来计算该慢波结构周期TE10模式中各次空间谐波的相速度,耦合阻抗和线衰减系数.分析结果将会用到220 GHz折叠波导返波管一维束波互作用模型的计算中.当微波频率上升到太赫兹波段时,粗糙波导表面电流导致的壁损将不能再忽略不计.进一步研究表明,起振电流和输出功率水平将和损耗特性的计算密切相关.从原有模型发展而来的有损电路模型可以给出更准确损耗估计.建立了折叠波导慢波线三维谐振腔模型来验证本文的等效电路理论,有较好的吻合.采用了该理论导出参数的一维束波互作用模型和三维数值PIC方法同样有很好的一致性.     

高阶圆波导模式圆极化器的研究

提出了一种基于光滑圆波导结构的高阶TEmn模圆极化器.运用耦合波理论和数值计算方法对93 GHz TE5,1模圆极化器进行了研究和设计.设计的圆极化器由过渡段和移相段组成,结构简单,易于实现.在88~98 GHz的频带内,最大轴比低于1.18.空间辐射测试结果证明了这种高阶圆极化器的性能.为高性能的低阶波导模式圆极化器的设计提供重要参考.