140 GHz折叠波导行波管电子光学系统设计与验证 被引量：1

1

作者 陈炤飞 陈辑 +2 位作者 吴玉娟 谢青梅 字张雄 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期69-73,共5页

设计了一种140 GHz折叠波导行波管电子光学系统,利用三维粒子仿真软件Opera-3D对考虑热初速效应的圆形电子注在周期永磁聚焦系统内传输状态进行了仿真分析,并对磁场过渡区进行了优化设计,改善电子注与磁场的匹配效果。经计算,该电子光... 设计了一种140 GHz折叠波导行波管电子光学系统,利用三维粒子仿真软件Opera-3D对考虑热初速效应的圆形电子注在周期永磁聚焦系统内传输状态进行了仿真分析,并对磁场过渡区进行了优化设计,改善电子注与磁场的匹配效果。经计算,该电子光学系统阴极发射电流60 mA,阴极电压20 kV,流通率99.9%。样管测试结果显示,电子枪参数与设计结果相符合,实测流通率达到97.2%,行波管实现连续波稳定工作。 展开更多

关键词 折叠波导行波管 电子光学系统 周期永磁聚焦系统 D波段

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0.22THz折叠波导行波管部件设计与加工 被引量：16

2

作者 徐翱 胡林林 +3 位作者 阎磊 陈洪斌 金晓 周传明 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2135-2140,共6页

以理论推导和三维模拟仿真设计为基础,设计优化了0.22THz折叠波导行波管电子枪、慢波结构、永磁聚焦系统、输入/输出结构、收集极等部分,并结合大量的工艺实验,探索和研究了各种精密加工方法和组装焊接工艺,最后完成了符合这些部分设计... 以理论推导和三维模拟仿真设计为基础,设计优化了0.22THz折叠波导行波管电子枪、慢波结构、永磁聚焦系统、输入/输出结构、收集极等部分,并结合大量的工艺实验,探索和研究了各种精密加工方法和组装焊接工艺,最后完成了符合这些部分设计要求的高精度零件加工和组装焊接样品。 展开更多

关键词 折叠波导行波管 电子枪 慢波结构 永磁聚焦系统 收集极

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束流发射度对太赫兹微电真空折叠波导行波管性能的影响 被引量：9

3

作者 张芳 董志伟 +2 位作者 董烨 孙会芳 杨温渊 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1450-1454,共5页

采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分别对140,220和345GHz折叠波导行波管中的束流发射度的影响因素及其对直流导通率的影响进行了分析,总结了发射度随频率、结构参数和电子束参数的变化规律。研究发现,在太赫兹频段束流发射度直接决... 采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分别对140,220和345GHz折叠波导行波管中的束流发射度的影响因素及其对直流导通率的影响进行了分析,总结了发射度随频率、结构参数和电子束参数的变化规律。研究发现,在太赫兹频段束流发射度直接决定着聚焦磁场的选取设计,是表征太赫兹频段束流品质的一个重要参量。 展开更多

关键词 太赫兹 折叠波导行波管 发射度 电子束 流通率

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0.22THz折叠波导行波管初步实验研究 被引量：16

4

作者 徐翱 周泉丰 +1 位作者 阎磊 陈洪斌 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2954-2958,共5页

探索性试验了多种微加工技术加工设计频率0.22THz的折叠波导慢波结构,最终选择了微铣削工艺进行加工,并测试了微铣削工艺加工的WR4标准直波导的损耗特性,得到了0.22THz电磁波在无氧铜中传播时材料的相对电导率约为3.2×107S/m。以... 探索性试验了多种微加工技术加工设计频率0.22THz的折叠波导慢波结构,最终选择了微铣削工艺进行加工,并测试了微铣削工艺加工的WR4标准直波导的损耗特性,得到了0.22THz电磁波在无氧铜中传播时材料的相对电导率约为3.2×107S/m。以此为基础设计和制得了国内第一支0.22THz折叠波导行波管,经过测试和标定得到输出功率大于100mW,带宽3.5GHz的初步实验结果。 展开更多

关键词 太赫兹 折叠波导行波管 输出功率

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Ka波段双注折叠波导行波管的研究 被引量：9

5

作者 王书见 薛谦忠 +2 位作者 王自成 张世昌 郭际 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期43-48,共6页

分析了单注折叠波导行波管增益和带宽的限制因素，提出了采用双注结构提高单位长度增益和拓宽带宽的方法。模拟结果表明，在工作电压和单注电流相同的情况下，采用同速双注（两电子注速度相同）可将高频互作用系统饱和输出功率提升至单... 分析了单注折叠波导行波管增益和带宽的限制因素，提出了采用双注结构提高单位长度增益和拓宽带宽的方法。模拟结果表明，在工作电压和单注电流相同的情况下，采用同速双注（两电子注速度相同）可将高频互作用系统饱和输出功率提升至单注时的2．8倍，互作用效率提高了1．4倍，增益饱和长度缩短了5个几何周期；采用非同速双注可在更宽的频率范围内满足同步条件，展宽了带宽。设计了一工作频率为25～29．5GHz的宽带折叠波导行波管，3dB增益带宽可达到16．5％，约占冷带宽（12GHz，22—34GHz）的38％，输出功率在27GHz时达到最大为256W。另外，文中对由电路内部反射引起的增益不稳定性进行了分析，并给出了解决方法。 展开更多

关键词 双注折叠波导行波管 归一化相速度 耦合阻抗 增益不稳定性

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140 GHz多束折叠波导行波管仿真分析 被引量：14

6

作者 张芳 董志伟 董烨 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期989-992,共4页

借鉴Khanh Nguyen提出的多束折叠波导行波管结构,设计出了可以有效抑制自激振荡的140GHz多束折叠波导行波管。利用PIC软件对双束微折叠波导行波管进行了仿真计算,并与单束模型进行了对比研究,结果表明行波管采用多束机制可以有效提高器... 借鉴Khanh Nguyen提出的多束折叠波导行波管结构,设计出了可以有效抑制自激振荡的140GHz多束折叠波导行波管。利用PIC软件对双束微折叠波导行波管进行了仿真计算,并与单束模型进行了对比研究,结果表明行波管采用多束机制可以有效提高器件的增益,克服管子加工长度的困难,且有效抑制了管子的自激振荡。 展开更多

关键词 多束 折叠波导行波管 高增益 自激振荡

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0.22THz折叠波导行波管电子光学系统设计与实验研究 被引量：4

7

作者 宋睿 周泉丰 +4 位作者 雷文强 蒋艺 胡鹏 马国武 陈洪斌 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期185-189,共5页

设计了一套0.22THz折叠波导行波管电子光学系统,详细介绍了电子枪和周期永磁聚焦系统的设计过程,在电子枪电子束束腰与磁系统不匹配情况下,对磁场过渡区进行了优化设计,以此为基础利用磁场仿真软件对磁场进行模拟和优化,并把磁场位形代... 设计了一套0.22THz折叠波导行波管电子光学系统,详细介绍了电子枪和周期永磁聚焦系统的设计过程,在电子枪电子束束腰与磁系统不匹配情况下,对磁场过渡区进行了优化设计,以此为基础利用磁场仿真软件对磁场进行模拟和优化,并把磁场位形代入电磁仿真软件进行电子束传输仿真,优化后的电子光学系统发射束流10mA,阴极电压15kV,束流通过率96%。通过实验验证,流通管束流通过率93%,高频样管束流通过率94%,与设计相符。高频样管实现连续波运行,功率大于0.4 W,3dB带宽大于12GHz。 展开更多

关键词 折叠波导行波管 电子光学系统 束流通过率 永磁聚焦系统

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太赫兹波段折叠波导行波管的线性分析和计算 被引量：4

8

作者 杨温渊 董志伟 +1 位作者 董烨 周海京 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期223-228,共6页

给出了太赫兹波段折叠波导行波管中考虑管壁欧姆损耗的带电子束扰动的色散方程。求解该方程可以得到器件中小信号增益的值。通过编制Matlab程序,分析计算了不同工作点、不同折叠波导结构参数和不同工作频段时小信号增益的变化特性。计... 给出了太赫兹波段折叠波导行波管中考虑管壁欧姆损耗的带电子束扰动的色散方程。求解该方程可以得到器件中小信号增益的值。通过编制Matlab程序,分析计算了不同工作点、不同折叠波导结构参数和不同工作频段时小信号增益的变化特性。计算结果表明:适当选取工作点和结构参数,可以获得最佳增益值;考虑损耗后,除了前向增长的辐射场外,还会出现反向传输的静态波;随着工作频段向高频方向延伸,前向波的增益显著降低,而反向波强度则增大。因此,工作频率提高时,为了达到一定大小的增益,需要的折叠波导的周期数也相应增加。 展开更多

关键词 折叠波导行波管 太赫兹 小信号增益 欧姆损耗

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345 GHz折叠波导行波管中电磁传输损耗的分析计算 被引量：2

9

作者 张芳 董志伟 +1 位作者 杨温渊 董烨 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期32-35,共4页

利用电导率等效方法对345GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究,考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响。结果表明,流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输严重衰减。模拟分析了热腔中电... 利用电导率等效方法对345GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究,考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响。结果表明,流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输严重衰减。模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响,结果显示,电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。 展开更多

关键词 太赫兹 折叠波导行波管 粗糙度 电导率 传输损耗

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毫米波折叠波导行波管的研究 被引量：3

10

作者 王书见 薛谦忠 《微波学报》 CSCD 北大核心 2013年第4期91-96,共6页

采用等效电路方法和电磁场仿真软件Ansoft HFSS分析了折叠波导行波管的结构参数对其高频特性的影响,并在此基础上确定了Ka波段折叠波导行波管的尺寸。利用三维非线性粒子模拟软件MAGIC3D建立了两段式折叠波导行波管的模型,模拟研究了切... 采用等效电路方法和电磁场仿真软件Ansoft HFSS分析了折叠波导行波管的结构参数对其高频特性的影响,并在此基础上确定了Ka波段折叠波导行波管的尺寸。利用三维非线性粒子模拟软件MAGIC3D建立了两段式折叠波导行波管的模型,模拟研究了切断区长度和位置对折叠波导行波管的饱和输出功率及第2段电路单位长度增益的影响。最后设计了一个工作于33~36GHz的两段式折叠波导行波管,其输出功率的波动小于1dB,最大连续波输出功率达670W,对应电子效率高达7.55%。 展开更多

关键词 折叠波导行波管 切断 耦合阻抗 归一化相速度

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结构参数对折叠波导行波管工作性能的影响 被引量：1

11

作者 杨温渊 董烨 董志伟 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期154-159,共6页

分析和计算了互作用区折叠波导截面长宽比(b/a)、直边高度和电子束通道大小等结构参数对太赫兹波段折叠波导行波管工作性能的影响。结果表明:互作用区衰减常数随b/a的增大而减小,耦合阻抗和小信号增益则随b/a的增大先增加而后减小,存在... 分析和计算了互作用区折叠波导截面长宽比(b/a)、直边高度和电子束通道大小等结构参数对太赫兹波段折叠波导行波管工作性能的影响。结果表明:互作用区衰减常数随b/a的增大而减小,耦合阻抗和小信号增益则随b/a的增大先增加而后减小,存在最优值。电子束通道越大,衰减常数越大,耦合阻抗和小信号增益降低得越多。相对于电子束通道,增益和损耗对直边高度的敏感程度显著降低。因此为了提高器件功率容量,可适当增加折叠波导的高度;在保证电子束能够顺利传输的前提下,电子束通道越小越好。在折叠波导行波管的实际研制中,可依据具体的实验条件和要求,在适当的范围内合理选取互作用区各结构参数的值。 展开更多

关键词 折叠波导行波管 太赫兹波段 欧姆损耗 耦合阻抗 小信号增益

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有限电导率模块在THz折叠波导行波管模拟中的验证和确认

12

作者 董烨 董志伟 +2 位作者 杨温渊 张芳 周海京 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期196-200,共5页

采用与同类商业软件比对的方法，在THz折叠波导行波管算例中对自编NEPTUNE3D程序的有限电导率模块进行有效验证和确认，包括冷腔损耗与计及损耗的热腔增益。比对结果表明：冷腔损耗计算相对误差在3％～4％左右，计及损耗的热腔最佳增益... 采用与同类商业软件比对的方法，在THz折叠波导行波管算例中对自编NEPTUNE3D程序的有限电导率模块进行有效验证和确认，包括冷腔损耗与计及损耗的热腔增益。比对结果表明：冷腔损耗计算相对误差在3％～4％左右，计及损耗的热腔最佳增益相对误差及最佳工作电压漂移相对误差均在2％左右。通过不同软件、冷腔损耗与热腔增益的比对，验证了有限电导率模块正确性和可靠性。此外，还对加工因素导致结构参数变化对冷腔损耗特性影响，做了规律性讨论。 展开更多

关键词 有限电导率模块 三维全电磁粒子模拟 太赫兹折叠波导行波管 验证与确认

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W波段矩形槽加载双注折叠波导行波管的研究

13

作者 王士龙 孟欣 +1 位作者 王书见 薛谦忠 《微波学报》 CSCD 北大核心 2015年第S2期133-135,共3页

分析了传统槽加载折叠波导慢波结构的缺点,改进为平滑过渡矩形槽加载慢波结构,通过电磁仿真软件HFSS对该结构的色散特性和耦合阻抗等高频特性进行了数值模拟分析,研究了槽宽对高频特性的影响。设计了一支工作频率在92-95.6GHz的双注槽... 分析了传统槽加载折叠波导慢波结构的缺点,改进为平滑过渡矩形槽加载慢波结构,通过电磁仿真软件HFSS对该结构的色散特性和耦合阻抗等高频特性进行了数值模拟分析,研究了槽宽对高频特性的影响。设计了一支工作频率在92-95.6GHz的双注槽加载折叠波导行波管,工作频率为94GHz,输入功率为100m W时,饱和输出功率为235W,电子效率高达7.73%。 展开更多

关键词 矩形槽加载慢波结构 双注折叠波导行波管 高频特性 功率 电子效率

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太赫兹折叠波导慢波电路及功率合成技术

14

作者 向怀鑫 缪旻 +1 位作者 李振松 边兴旺 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期63-68,共6页

针对太赫兹频段行波管输出功率较小的瓶颈以及对紧凑型设计的明确需求,提出一种管内功率合成的0.34 THz折叠波导行波管结构。首先,对太赫兹折叠波导慢波结构的高频特性进行了研究,通过仿真计算得到了其色散特性和耦合阻抗,0.34 THz处归... 针对太赫兹频段行波管输出功率较小的瓶颈以及对紧凑型设计的明确需求,提出一种管内功率合成的0.34 THz折叠波导行波管结构。首先,对太赫兹折叠波导慢波结构的高频特性进行了研究,通过仿真计算得到了其色散特性和耦合阻抗,0.34 THz处归一化相速度为0.248,耦合阻抗为0.46Ω;其次,提出了用于管内功率合成的3 dB定向耦合器结构设计,分析表明,其在0.31~0.368 THz范围内,幅度平衡度在±0.19 dB以内,隔离度优于24 dB;最后,完成了基于3 dB定向耦合器管内功率合成的折叠波导行波管基本结构设计并构建了仿真模型,仿真结果表明,最大输出功率为9.16 W,增益为26.6 dB,3 dB带宽达到21 GHz。作为对比,单个折叠波导行波管输出功率为6.18 W,故管内合成的折叠波导行波管的输出功率是单个行波管输出功率的1.48倍;此外,与采用常规外置功率合成结构的双行波管组件设计相比,管内功率合成折叠波导行波管的横向尺寸至少缩减了56.5%。 展开更多

关键词 太赫兹(THz) 折叠波导行波管 3 dB定向耦合器 功率合成 注-波互作用

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345 GHz微折叠波导慢波结构的粗糙度和加工垂直度 被引量：2

15

作者 张芳 董志伟 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期212-216,共5页

通过理论和数值模拟方法,考虑金属粗糙度的情况下,研究了加工垂直度公差角在0～6°范围内变化时折叠波导慢波结构的工作性能,结果表明：金属波导表面的粗糙度增大时,慢波结构中电磁信号的传输损耗增大;垂直度公差角的增大也使得电... 通过理论和数值模拟方法,考虑金属粗糙度的情况下,研究了加工垂直度公差角在0～6°范围内变化时折叠波导慢波结构的工作性能,结果表明：金属波导表面的粗糙度增大时,慢波结构中电磁信号的传输损耗增大;垂直度公差角的增大也使得电磁信号的传输损耗增加,而且垂直度公差角所引起的结构变化会引起器件的电压工作点漂移、带宽降低等. 展开更多

关键词 太赫兹 折叠波导行波管 慢波结构 粗糙度 垂直度

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用于太赫兹源粒子模拟的有限电导率模块研制 被引量：6

16

作者 董烨 董志伟 +3 位作者 杨温渊 张芳 陈军 周海京 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1419-1426,共8页

针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求,研制了有限电导率模块,并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D。介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法,针对上述方法... 针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求,研制了有限电导率模块,并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D。介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法,针对上述方法的优缺点,提出了基于扩散方程隐格式的有限电导率模块算法,该算法具备无条件稳定、普适性好的优点。利用矩波导常见电磁波模传输损耗算例,测试了自编的有限电导率模块,测试结果与理论值及同类商业电磁软件计算结果进行了比对,验证了模块的可靠性。利用添加有限电导率的三维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE3D,模拟了材料电导率以及表面粗糙度对0.22THz折叠波导行波管性能的影响,模拟结果表明,材料电导率及表面粗糙度会显著降低器件输出功率和增益水平。综合色散关系、耦合阻抗、衰减常数等因素,给出了器件结构参数设计建议,并指出:通过增加电子束流、注入信号功率以及慢波结构周期数目等方式可一定程度上提高器件输出功率水平。 展开更多

关键词 高功率微波 三维全电磁粒子模拟 有限电导率 表面粗糙度 太赫兹折叠波导行波管

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