W波段行波管功率提升研究

行波管为发射机提供放大信号,其输出功率直接决定着系统的作用距离,是系统的核心部件之一。本文从提升电子效率和电子注功率两方面开展研究,以提升W波段行波管输出功率。基于折叠波导互用电路相速跳变设计,研制出8 GHz带宽内输出功率大于250 W的W波段行波管。提出非半圆弯曲折叠波导与相速跳变技术结合的设计方法,使W波段行波管输出功率和电子效率最高分别达到647 W和13.4%。提出一种四端口式高频结构和一种双弧弯曲折叠波导慢波结构,大幅提升了行波管对工作电流的聚焦能力,基于两种新型结构的创新研究,完成了千瓦级W波段行波管设计。     

W波段行波管金刚石窗的模拟优化与性能测试

本文主要研究了使用金刚石窗片的W波段标准盒形窗,利用三维模拟软件CST微波工作室进行了计算与优化,设计出适合W波段行波管使用的输能窗。冷测结果显示,在75~110 GHz范围内驻波系数均在1.47以下。     

联喹啉型配体及其金属有机配合物的合成

本文用一种新方法合成了6,6'-型联喹啉及其金属配合物,并对它们进行了表征研究.结果表明化合物分别为:C20H16N2和C32H22O4N4Ni2.     

金刚石在太赫兹电真空器件中的应用

金刚石材料具有低的介电常数、小的微波损耗、良好的导热性能,成为太赫兹电真空器件发展过程中非常有研究价值和应用价值的材料。它可以作为输能窗的介质窗片和高频结构的介质支撑材料。本文介绍了微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石材料在太赫兹电真空器件中的具体应用实例,以及在W波段行波管中的实际应用情况,包括MPCVD金刚石的制备过程,及其与金属材料的封接工艺。研制出的W波段金刚石窗冷测结果显示其在75 GHz-110 GHz频段内性能良好:驻波系数(VSWR)≤1.5,传输损耗≤0.5 dB。这种窗已经成功用于W波段折叠波导连续波与脉冲行波管中。     

太赫兹行波管输能窗用复合金刚石膜的设计

为解决现有多晶金刚石用于太赫兹(THz)真空电子器件输能窗存在慢性漏气风险的技术难题,介绍了一种高断裂强度、良好真空密封性能、低微波损耗的新型超薄复合多层金刚石膜的研制方法。该复合超薄金刚石膜采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,通过合理的结构设计和优化工艺,实现微米晶金刚石(MCD)和超纳米晶金刚石(UNCD)交替沉积的三明治结构。测量100 μm厚不同结构的复合膜断裂强度,是同样厚度的MCD的2~3倍。将研制的复合多层金刚石膜用于180 GHz和220 GHz 太赫兹行波管输能窗,通过气密性检测,漏率≤1×10-10 Pa?m3/s。窗的冷测结果显示,180 GHz窗的S11≤-15 dB(10 GHz带宽),220 GHz窗的S11≤-10 dB(20 GHz带宽),均具有良好的射频(RF)性能,满足使用要求。为太赫兹行波管输能窗的研制提供了一种成本低、可靠性高的超薄金刚石膜的技术途径。     

微波等离子体化学气相沉积超纳米晶金刚石膜研究

超纳米晶金刚石(UNCD)在短毫米波特别是太赫兹真空器件输能窗中具有潜在的应用价值。本文介绍了UNCD膜的制备工艺和性能表征。利用微波等离子体化学气相沉积法在一种贫氢、富氩的反应气体中合成UNCD膜。扫描电子显微镜分析表明,合成的UNCD膜表面光滑平整,晶粒为纳米尺度,断面结构致密。X射线衍射分析显示,超纳米晶金刚石薄膜主要是以(220)取向为主的多晶体结构,计算得到的平均晶粒尺寸为10nm。拉曼光谱分析呈现出典型的超纳米晶金刚石特性,膜中存在一定的sp2相。UNCD的光学透过率测试显示:在波长≥4μm范围内,光学透过率≥60%。     

太赫兹行波管倍频器用金刚石输能窗研究

本文主要研究一种太赫兹行波管倍频器的输能系统,采用双频分路输能窗方案,分别对W波段基波和太赫兹谐波盒型窗进行了设计.利用MPCVD设备研制了RF级金刚石窗片材料,并对窗片的制备、金属化及窗的封接工艺进行了研究.研制出了基波系统金刚石窗,测试结果显示,在28 GHz频带内电压驻波比小于1.3,传输损耗小于0.5dB,已在W波段行波管中得到了实际应用;谐波输能窗已完成了设计.     

W波段折叠波导行波管振荡抑制

为了抑制W波段折叠波导行波管研制中的自激振荡,保证行波管正常放大工作,分析了折叠波导慢波结构中反射振荡、返波振荡和带边振荡的产生原因,开展了折叠波导行波管振荡抑制技术研究,通过优化设计和工艺研究采用周期跳变作为关键技术用于W波段折叠波导行波管的研制。通过模拟检验和实验验证,证明采用了振荡抑制技术后行波管自激振荡得到了有效的抑制,W波段脉冲行波管在20%占空比时脉冲输出功率大于100 W,带宽大于5 GHz。     

W波段行波管切断位置性能分析与实验

为分析折叠波导行波管互作用电路切断位置的功率和频谱特性,提出并研制出一只四端口W波段脉冲行波管。对该行波管频带内互作用电路的S参数、切断处功率和对应频谱特性进行测试,分析表明：端口2(输入段的切断)的功率幅值主要取决于饱和状态下行波管的输入功率,与输入段增益不成正比关系分布;端口3(输出段切断)功率主要取决于端口匹配性能,其数值计算功率和测试数据吻合良好。本文研究为毫米波及太赫兹行波管切断设计提供了一种有效方法。     

利用周期结构电磁止带特性的小型化高功率太赫兹振荡器

高性能实用化辐射源是太赫兹应用的关键器件,利用周期结构电磁色散中的止带区域具有耦合阻抗高的特点,电子注和电磁波能够高效互作用,可以实现大功率太赫兹振荡器。带边振荡器(BO)相比于传统的返波振荡器(BWO),可以实现大功率输出,在W波段能达到百瓦量级,太赫兹波段能达到瓦级;采用周期永磁聚焦系统,可以实现小体积轻质量;慢波结构尺寸短,结构简单;成本低,具有批量生产能力。本文提出可构建3π止带的交错子周期折叠波导慢波结构(FWG SWS)和双频双模双向带边振荡器工作机理,采用皮尔斯双阳极电子枪、周期永磁聚焦系统、金刚石输能窗以及高效率收集极,设计和研发了频率在100 GHz以上的几种带边振荡器,实现了100 GHz频段140 W的功率输出,120 GHz频段实现了30 W的功率输出,在300 GHz实现了1 W以上的功率输出。