High efficiency X-band relativistic backward wave oscillator with non-uniform slow wave structures

Backward wave oscillators (BWOs) driven by intense relativistic electron beams are very efficient means of producing high-power microwaves. However, the efficiency of conventional BWO is lower than 30%. An X-band oversized BWO with non-uniform slow wave structure is designed to improve RF output characteristics. In particle-in-cell simulation, a high power microwave with a power of 8.0 GW and efficiency of 40% is obtained, compared with that of 30% obtained in a conventional relativistic BWO.     

频率色散表面阻抗对真空电子太赫兹源的影响

为了研究欧姆损耗对高频真空电子器件工作特性的影响,首先推导频率色散表面阻抗边界在三维共形粒子模拟软件UNIPIC-3D中的实现原理,并通过对有耗边界矩形谐振腔和圆波导进行模拟验证了该阻抗边界算法的正确性.采用有耗共形UNIPIC-3D模拟相对论太赫兹表面波振荡器和低电压平板格栅返波振荡器.模拟结果表明,对于表面波振荡器和平板BWO这种电磁场集中在金属慢波结构附近的太赫兹真空电子器件,欧姆损耗会对器件的运行带来极大影响,对于采用铜材料的器件,输出功率会下降一半左右,器件起振时间出现延迟,但器件工作频率几乎不变.为了提高相对论太赫兹表面波振荡器的效率,在二极管和慢波结构之间增加了反射腔,模拟结果表明,在考虑器件表面损耗的条件下,器件的工作频率保持不变,输出功率由41 MW提高到60 MW.     

THz返波管圆波导梳状慢波结构的研究

该文利用三维电磁仿真软件模拟计算了THz圆波导梳状慢波结构的负1次返波的色散和耦合阻抗。结果证实:在430-570GHz频带内,慢波结构内半径为0.175mm,约为中心频率波长的0.292倍;在760-940GHz的频带内,慢波结构内半径为0.1mm,是中心频率处波长的0.392倍。该结构较大的径向尺寸有利于提高电子注通过率。这种结构负1次返波的耦合阻抗较小,基本上小于1 ,很好解释了现有THz返波管的电子效率小于0.01%的事实。     

太赫兹真空源斜注管高频结构研究

斜注管的工作原理是将电子注稍微倾斜于慢波系统表面，通过改变电子注的倾角，来优化有效互作用长度，实现较高的输出功率和效率，可以作为一种新型高功率太赫兹器件。本文就国外的发展情况进行了评述。初步设计了W波段斜注管的几何尺寸和电尺寸，并对其“冷”特性进行了初步研究。     

Design of a high-efficiency C-band backward wave oscillator

For practicability of the high power microwave source,a C-band backward wave oscillator(BWO)which has high conversion efficiency is designed.When the axial guiding magnetic field is 0.83 T,the electron energy and the beam current of the diode are respectively 80 keV and 2.1 kA,a microwave output power of100 MW at 7.4 GHz microwave frequency with 65% conversion efficiency is achieved in simulation.     

W波段斜注管高频结构的设计和注波互作用模拟

斜注管是返波管的一种,其基本原理是将电子注稍微倾斜于慢波结构表面,通过改变电子注的倾角来优化有效互作用长度,达到更高的输出功率和效率.本文论述了斜注管的基本原理,对其冷特性进行了研究,初步设计了W波段斜注管慢波结构,并利用3D电磁模拟软件,对其注-波互作用进行了模拟,模拟得到20W的输出功率以及15GHz的带宽.     

基于超辐射机理相对论返波管的实验研究进展

基于超辐射机理相对论返波管由短脉冲电子束(脉宽几个纳秒)驱动,利用短脉冲电子束的超辐射效应能产生高峰值功率、高峰值转换效率、快速上升前沿的纳秒/亚纳秒微波脉冲。本文对近几年来国内外超辐射返波管器件实验研究进行了全面的评述,报道了超辐射返波管器件的最新进展及趋势,并指出发展中存在的一些关键问题,为开展返波管器件中的超辐射机理研究提供了详实的资料。     

BWO连续太赫兹波成像检测

返波管（BWO）连续太赫兹波成像方法是一种新的无损检测方法。实验过程中把样品放在X-Z二维电控平移台上进行扫描成像,透过样品的太赫兹波强度信息由热释电探测器接收,再经由电脑成像。该文给出了应用0.71 THz的连续太赫兹波对打孔铝板、公交卡、校园卡的内部结构和对隐藏在信封内硬币等物体和信封内纸片上的铅字迹的成像实验研究事例,并且测知该系统能够分辨出最小直径为1.5 mm的小孔。并且对成像图像进行了数字图像处理,结论表明,优化处理后的图像更加直观明显,提高了连续波成像的应用能力。揭示了BWO连续太赫兹波成像系统在无损检测和安检领域是实际有效的。     

具有光子晶体带隙结构的返波振荡器的初步研究

 提出了一种新型的具有光子晶体带隙（PBG）结构的返波振荡器（BWO）,利用PBG禁带对BWO工作及输出微波模式进行调制,抑制低次模式,工作在高次模式。通过数值模拟给出了介质柱PBG结构的能带图、禁带限制模式电场分布和周期慢波结构的色散关系曲线,选择晶格常数为0.31 cm,介质柱半径为0.12 cm,介电常数为4.0的三角格子PBG结构可以实现在Ka波段的单一类TM03模式工作,在36～40 GHz的频率范围内,器件可以工作在返波状态,周期长度为0.4 cm。     

太赫兹激励的红外热波检测技术

本文的目的在于探索一种新的适用于红外热波检测技术的热激励方式——太赫兹(THz)热激励. 文中介绍了THz波周期性热激励的热传导理论模型; 尝试利用返波振荡器(返波管backward wave oscillator, BWO)太赫兹源对一块碳纤维基底吸波涂层板进行周期性THz热激励, 红外热像仪连续观测和记录试件表面温场变化, Canny边缘算法处理热图像显示缺陷; 检测结果与闪光灯脉冲激励的结果进行比较, 讨论了太赫兹波激励红外热波检测技术可能的优势. 实现了THz技术与红外热波无损检测技术的结合.