厘米波段兆瓦级回旋行波管电子枪设计与计算

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作者 韩宇 曾旭 +1 位作者 张亦驰 冯进军 《微波学报》 北大核心 2025年第2期86-92,共7页

近年来,兆瓦级回旋行波管磁控注入电子枪因其高功率输出和精确电子束控制需求受到广泛关注,但阴极发射不均匀及表面粗糙度引起的电子束速度零散仍是亟待解决的问题。为此,文中提出了一种基于双阳极结构的电子枪设计方法,首先利用CST软... 近年来,兆瓦级回旋行波管磁控注入电子枪因其高功率输出和精确电子束控制需求受到广泛关注,但阴极发射不均匀及表面粗糙度引起的电子束速度零散仍是亟待解决的问题。为此,文中提出了一种基于双阳极结构的电子枪设计方法,首先利用CST软件进行三维粒子仿真以优化电子束参数;其次从麦克斯韦-玻尔兹曼分布出发推导考虑表面粗糙度影响下的速度零散表达式,并构建约1 000个区域的阴极阵列发射模型并引入高斯噪声模拟表面粗糙度。实验结果表明:在120 kV/30 A的工况下,该方法实现了横纵速度比1.1、导引中心半径7.1 mm以及速度零散4.9%,且1μm表面粗糙度使速度零散增加约3%。 展开更多

关键词 回旋管 电子光学系统 阴极发射 速度零散

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W波段行波管低电压小型化技术研究 被引量：4

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作者 杜英华 蔡军 +1 位作者 张小青 冯进军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期10-13,共4页

有源相控阵雷达、无人机载侦察雷达的高频率发展,对小型化W波段行波管提出了明确应用需求。文中主要开展W波段行波管小型化研究,设计上采用低电压、大电流方案提高增益参量,使用高耦合阻抗慢波结构搭配相速跳变技术提升电子效率;同时开... 有源相控阵雷达、无人机载侦察雷达的高频率发展,对小型化W波段行波管提出了明确应用需求。文中主要开展W波段行波管小型化研究,设计上采用低电压、大电流方案提高增益参量,使用高耦合阻抗慢波结构搭配相速跳变技术提升电子效率;同时开展零部件结构设计,实现整管小型化。基于上述方法开展了低电压百瓦级W波段行波管设计并进行了制管验证。实测结果显示工作电压12.8 kV,89 GHz~100 GHz频带内输出功率大于100 W;使用四极降压收集极提升总效率,90 GHz~99 GHz内总效率大于30%,整管带外包装件尺寸为252×50×42 mm^(3)。 展开更多

关键词 W波段 行波管 低电压 小型化 宽频带

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冷阴极行波管电子枪设计

3

作者 杨金生 李兴辉 王伟 《微波学报》 CSCD 北大核心 2020年第S01期362-365,共4页

针对X波段冷阴极小型化螺旋线行波管电子枪设计,基于皮尔斯型电子枪结构,采用CST粒子工作室对工作电流为30mA的行波管电子枪与PPM聚焦系统进行了电子光学联合仿真与优化设计,确定了电子枪结构参数和工作条件,获得了满意的电子注聚焦参数... 针对X波段冷阴极小型化螺旋线行波管电子枪设计,基于皮尔斯型电子枪结构,采用CST粒子工作室对工作电流为30mA的行波管电子枪与PPM聚焦系统进行了电子光学联合仿真与优化设计,确定了电子枪结构参数和工作条件,获得了满意的电子注聚焦参数,实现了小型化PPM聚焦行波管的电子注良好聚焦。 展开更多

关键词 行波管 冷阴极 皮尔斯型电子枪结构 PPM磁聚焦

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金刚石与无氧铜钎焊接头界面微观组织和力学性能分析

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作者 李玉龙 宋子明 +4 位作者 武齐 林伟 张琳 潘攀 雷敏 《焊接学报》 北大核心 2025年第6期20-26,60,共8页

采用AgCuTi钎料真空钎焊多晶金刚石与无氧铜,研究了钎焊温度(830、870、910、950℃)和保温时间(1、10、30、60 min)对接头界面组织和力学性能的影响,解明了接头界面形成机理.结果表明,钎焊接头的典型界面结构为金刚石/TiC/Cu(s,s)、Ag(s... 采用AgCuTi钎料真空钎焊多晶金刚石与无氧铜,研究了钎焊温度(830、870、910、950℃)和保温时间(1、10、30、60 min)对接头界面组织和力学性能的影响,解明了接头界面形成机理.结果表明,钎焊接头的典型界面结构为金刚石/TiC/Cu(s,s)、Ag(s,s)/无氧铜,钎焊温度对钎焊接头微观结构有显著影响,当温度在910℃以上时,AgCuTi钎料与无氧铜基板的互溶与扩散现象明显,剪切强度随着温度的升高先提高后降低,870℃保温10 min的钎焊接头剪切强度最高,为223.6 MPa,最后讨论了钎焊接头的断口位置和断口形貌. 展开更多

关键词 金刚石 无氧铜 真空钎焊 界面组织与力学性能

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TE 30高次模式工作改进型交错栅结构及互作用结构

5

作者 刘金亮 张长青 +2 位作者 赵士录 蔡军 冯进军 《微波学报》 北大核心 2025年第1期63-69,共7页

随着行波管的工作频段不断向太赫兹频段发展,尺寸共渡效应的影响越来越明显,主要表现为慢波结构的横向尺寸和电子注通道的宽度不断减小,不仅造成了加工工艺难度的提升,也导致了工作电流的减小以及耦合阻抗的下降,严重影响了行波管性能,... 随着行波管的工作频段不断向太赫兹频段发展,尺寸共渡效应的影响越来越明显,主要表现为慢波结构的横向尺寸和电子注通道的宽度不断减小,不仅造成了加工工艺难度的提升,也导致了工作电流的减小以及耦合阻抗的下降,严重影响了行波管性能,而工作在高次模式的过模行波管能有效解决这一问题。文中研究了过模交错栅的工作特性,并针对低次模式竞争及返波振荡等问题,提出了一种改进型交错栅。该结构工作在高次TE 30模式,相比于同频段工作在基模的电路,其横向尺寸和电子注通道高度分别扩展了3倍和2倍。模式分析的结果表明,新结构在相对较低的工作电压下能够有效抑制返波振荡和模式竞争。基于新型结构设计了两段式高频电路。PIC仿真表明,在26 kV电压、两个150 mA带状注的工作条件下,在217 GHz频率上可以获得103.5 W的功率输出,增益为19.6 dB,频谱分析结果表明工作稳定,无振荡发生。该工作对过模行波管的研制具有指导意义。 展开更多

关键词 太赫兹 过模 尺寸共渡效应 慢波结构 返波振荡

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Spindt阴极制作中剥离层的研究 被引量：5

6

作者 李兴辉 白国栋 +3 位作者 李含雁 丁明清 冯进军 廖复疆 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期303-308,共6页

在Spindt场发射阴极制作工艺流程中,剥离层对于形成良好的发射尖锥形状至关重要,同时它也是实现阴极阵列中尖锥均匀性的关键因素。本文研究了几种常用的剥离层材料包括金属铜,Al2O3以及水溶性的NaCl和Na2CO3。实验表明NaCl和Na2CO3用作... 在Spindt场发射阴极制作工艺流程中,剥离层对于形成良好的发射尖锥形状至关重要,同时它也是实现阴极阵列中尖锥均匀性的关键因素。本文研究了几种常用的剥离层材料包括金属铜,Al2O3以及水溶性的NaCl和Na2CO3。实验表明NaCl和Na2CO3用作剥离层,可以被去离子水迅速、容易地去除,并同时实现很好的腐蚀选择性。但用这些水溶性材料得到的发射尖锥形状不很规则且表面粗糙,由此也会带来整个阴极阵列上尖锥的不均匀性。使用Al2O3作为剥离层则较为理想,可以得到光滑的栅极收口和很好的尖锥阵列。但传统用来腐蚀Al2O3的热H3PO4,对于加热制作的Al2O3剥离层腐蚀较为困难。尝试了使用基于NaOH的腐蚀液来剥离加热Al2O3层,通过严格的工艺参数控制,如腐蚀液浓度和刻蚀时间,可以制作出质量较好尖锥发射体阵列。 展开更多

关键词 Spindt阴极 剥离层 选择性腐蚀 水溶性材料 氧化铝

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热压压力对氮化硅陶瓷微观结构和性能的影响

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作者 臧向荣 于志强 +3 位作者 李海青 谭会会 鲁燕萍 彭子涵 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第9期3383-3390,共8页

采用热压烧结工艺制备了高强度、高韧性的氮化硅(Si_(3)N_(4))陶瓷,研究了热压压力对Si_(3)N_(4)陶瓷的相组成、微观结构、机械性能和导热性能的影响。结果表明,在烧结温度为1680℃、热压压力为20~30 MPa时,Si_(3)N_(4)陶瓷均由α-Si_(3... 采用热压烧结工艺制备了高强度、高韧性的氮化硅(Si_(3)N_(4))陶瓷,研究了热压压力对Si_(3)N_(4)陶瓷的相组成、微观结构、机械性能和导热性能的影响。结果表明,在烧结温度为1680℃、热压压力为20~30 MPa时,Si_(3)N_(4)陶瓷均由α-Si_(3)N_(4)全部转化为了长棒状的β-Si_(3)N_(4)。随着热压压力的增大,长棒状的β-Si_(3)N_(4)晶粒发育完全,气孔率降低,致密度增大。同时,在热压烧结过程中,β-Si_(3)N_(4)晶粒生长呈一定的方向性,长度方向上的生长主要是在垂直于压力方向上实现的。当热压压力为30 MPa时,Si_(3)N_(4)陶瓷综合性能最好,抗弯强度为1123.72 MPa,断裂韧性为11.6 MPa·m^(1/2),垂直于热压方向面的维氏硬度为14.42 GPa,室温下的热导率为44.2 W/(m·K)。通过改变单相烧结助剂的含量,选择Y_(2)O_(3)-MgO烧结助剂在同样条件下制备的Si_(3)N_(4)陶瓷的热导率提升至62.9 W/(m·K)。 展开更多

关键词 Si_(3)N_(4)陶瓷 热压烧结 热压压力 微观结构 机械性能 导热性能

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DNP-NMR用263 GHz回旋振荡管高频系统的研究 被引量：3

8

作者 李志良 冯进军 +1 位作者 刘本田 张杨 《真空科学与技术学报》 CSCD 北大核心 2017年第7期693-698,共6页

根据动态核极化核磁共振(DNP-NMR)发展需要,对应用于400 MHz DNP-NMR的263 GHz回旋振荡管高频系统进行研究,通过非线性理论计算程序对其进行分析,给出了工作模式为TE03的高频系统的设计参数。并通过粒子模拟(PIC)软件进行注波互作用计算... 根据动态核极化核磁共振(DNP-NMR)发展需要,对应用于400 MHz DNP-NMR的263 GHz回旋振荡管高频系统进行研究,通过非线性理论计算程序对其进行分析,给出了工作模式为TE03的高频系统的设计参数。并通过粒子模拟(PIC)软件进行注波互作用计算,结果表明,在工作电压10 kV,注电流0.2 A,电子注速度比为2.0时,设计的高频系统输出功率为460.2 W,效率达到23.1%,约1 GHz的调频率范围,可满足263 GHz整管参数设计要求,从而为DNP-NMR用回旋振荡管的研制打下技术基础。 展开更多

关键词 回旋振荡管 263GHz 注波互作用 动态核极化 核磁共振

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太赫兹带状注器件 被引量：3

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作者 吕志方 张长青 +5 位作者 王战亮 江胜坤 阮存军 冯进军 宫玉彬 段兆云 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期26-36,共11页

带状注是指束流截面近似为矩形或椭圆形的电子注,且具有大的宽高比。相对于传统的圆形注,带状注具有很多优点,例如大电流和大互作用面积等。由于太赫兹波具有高频率、宽频带、高传输速率等优点,因此太赫兹科学与技术近年来发展迅速。作... 带状注是指束流截面近似为矩形或椭圆形的电子注,且具有大的宽高比。相对于传统的圆形注,带状注具有很多优点,例如大电流和大互作用面积等。由于太赫兹波具有高频率、宽频带、高传输速率等优点,因此太赫兹科学与技术近年来发展迅速。作为一种新型的真空电子器件,太赫兹带状注器件在高功率、高增益、高效率及小型化方面具有良好的技术优势。但是,带状注在传输过程中易出现Diocotron不稳定性,难以保持长距离稳定的聚焦传输,从而导致带状注的技术优势难以发挥。本文综述了带状注的产生成形方式和聚焦传输方法,以及太赫兹带状注器件的研究进展,同时讨论了它所面临的挑战和未来的发展方向。 展开更多

关键词 太赫兹 带状注 真空电子器件 Diocotron不稳定性 磁聚焦方法

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高气密性碱金属微气室低温阳极键合技术研究 被引量：5

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作者 杜婷 李兴辉 +3 位作者 韩攀阳 陈海军 蔡军 冯进军 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第11期14-17,共4页

对基于硅孔成型和玻璃—硅低温阳极键合实现微型气室的工艺技术进行研究。分析了不同基片表面状态、温度和电压对阳极键合工艺的影响并进行实验验证。基片表面气泡观察、气室剖面电镜照片分析、键合强度测试和气室密封性测试结果表明,... 对基于硅孔成型和玻璃—硅低温阳极键合实现微型气室的工艺技术进行研究。分析了不同基片表面状态、温度和电压对阳极键合工艺的影响并进行实验验证。基片表面气泡观察、气室剖面电镜照片分析、键合强度测试和气室密封性测试结果表明,该工艺技术能够得到综合性能良好的微气室。在180~300℃温度范围内,样品的键合强度在几兆帕(MPa)到几十兆帕范围,微气室漏气率均优于1.0×10-13Pa·m3·s-1,表明该工艺技术可用于碱金属微气室制备。 展开更多

关键词 碱金属 微气室 微加工技术 低温阳极键合 表面处理

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同面电极砷化镓光导开关的导通特性 被引量：1

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作者 刘英洲 韦金红 +2 位作者 王郎宁 李嵩 冯进军 《半导体技术》 CAS 北大核心 2023年第1期10-17,共8页

砷化镓光导开关(GaAs PCSS)作为固态脉冲功率器件,具有可承载高电压、超快速导通、在高重复频率下稳定工作等特点。基于多雪崩电离畴理论,建立了同面电极GaAs PCSS的二维数值计算模型,分析了GaAs PCSS的瞬态导通特性和延迟击穿特性。仿... 砷化镓光导开关(GaAs PCSS)作为固态脉冲功率器件,具有可承载高电压、超快速导通、在高重复频率下稳定工作等特点。基于多雪崩电离畴理论,建立了同面电极GaAs PCSS的二维数值计算模型,分析了GaAs PCSS的瞬态导通特性和延迟击穿特性。仿真结果表明,载流子浓度的增加与雪崩电离畴的形成和演化之间存在正反馈环路,促使GaAs PCSS超快速导通;雪崩电离畴的形成和演化会影响PCSS的延迟击穿特性。偏置电压、光照强度、PCSS长度和触发位置均会影响PCSS的延迟时间和导通时间。该结论对GaAs PCSS设计及开展相关实验研究具有参考意义。 展开更多

关键词 砷化镓(GaAs) 光导开关(PCSS) 同面电极 雪崩电离畴 超快速导通

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W波段4路平面集成行波管 被引量：3

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作者 杨金生 纪焕丽 +5 位作者 孙然 穆涵硕 张小青 杜英华 蔡军 冯进军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期1-5,13,共6页

针对短毫米波有源相控阵应用,文中优化设计了W波段高效率高频系统、低电压电子枪、一维阵列电子注平面聚焦系统和4路平面集成行波管拓扑结构,采用常规PPM聚焦系统制管验证了高频系统设计的有效性,设计并制作了2路流通管样件,电子注流通... 针对短毫米波有源相控阵应用,文中优化设计了W波段高效率高频系统、低电压电子枪、一维阵列电子注平面聚焦系统和4路平面集成行波管拓扑结构,采用常规PPM聚焦系统制管验证了高频系统设计的有效性,设计并制作了2路流通管样件,电子注流通率均高于85%,验证了一维阵列电子注平面聚焦系统的设计有效性。基于验证的高频系统、低电压电子枪以及平面磁聚焦系统,设计了4路平面集成行波管拓扑结构,研制了W波段4路平面集成行波管样管。测试结果表明,4路行波管电子注流通率均高于80%,相同工作电压(12.6 kV)下4路行波管输出功率优于10 W,带宽均达到6 GHz,增益均高于25 dB,具有较好的电性能一致性,为短毫米波行波管有源相控阵应用提供了新的解决方案。 展开更多

关键词 W波段 平面集成行波管 一维阵列电子注 平面磁聚焦系统 电子注流通率

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一维带状注行波管注波互作用快速计算程序 被引量：3

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作者 刘英洲 张长青 +1 位作者 潘攀 冯进军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期14-21,共8页

计算行波管注波互作用特性是工程中设计整管的重要环节。基于精密网格划分求解麦克斯韦方程组的粒子模拟方法消耗计算机内存大,运行时间长,研制行波管的效率低。文中以带状电子注行波管为例,推导了适用于矩形电子盘的空间电荷场理论,结... 计算行波管注波互作用特性是工程中设计整管的重要环节。基于精密网格划分求解麦克斯韦方程组的粒子模拟方法消耗计算机内存大,运行时间长,研制行波管的效率低。文中以带状电子注行波管为例,推导了适用于矩形电子盘的空间电荷场理论,结合电子运动方程与激励电场方程,建立了带状注行波管一维注波互作用频域理论。通过开发程序求解注波互作用方程组,能够快速得到运行结果。该理论忽略了电子的横向运动,并且简化近似了注波互作用体系,从而实现准确、快速运算的目的。文中以三维全波电磁仿真软件的运行结果和G波段行波管实验结果验证了快速计算程序的高效性与可靠性。 展开更多

关键词 行波管 注波互作用 带状电子注 空间电荷场 快速计算程序

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复合周期永磁聚焦系统轴向磁场计算方法 被引量：1

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作者 申仕琦 蔡军 +2 位作者 张小青 杜英华 冯进军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期32-36,41,共6页

针对高功率和高频率真空电子器件对大电流低脉动电子注聚焦的要求,文中基于一种高峰值且高次谐波可调的复合周期永磁聚焦系统,建立了理论计算模型并对其进行了分析和验证。该结构引入新极靴构成复合周期调节磁场高次谐波,以提高大电流... 针对高功率和高频率真空电子器件对大电流低脉动电子注聚焦的要求,文中基于一种高峰值且高次谐波可调的复合周期永磁聚焦系统,建立了理论计算模型并对其进行了分析和验证。该结构引入新极靴构成复合周期调节磁场高次谐波,以提高大电流电子注的稳定性。为优化磁场高次谐波,进一步拓展磁场参量稳定区,考虑极靴处磁场强度的影响,在理想化模型的基础上建立修正型理论模型,通过分析聚焦结构各参数分别对不同谐波的影响,并与CST软件计算结果对比,将理论模型磁场峰值处计算误差由8.08%降低到3.91%,平均误差由1.30%降低到1.04%,为复合周期永磁聚焦系统快速设计提供了一种方法。 展开更多

关键词 复合周期 周期永磁 磁场分布计算 行波管

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W波段折叠波导行波管振荡抑制 被引量：7

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作者 蔡军 冯进军 +5 位作者 胡银富 邬显平 唐烨 杜英华 潘攀 刘京恺 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1195-1199,共5页

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... 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100W,带宽大于5GHz。 展开更多

关键词 W波段 折叠波导 行波管 振荡 抑制

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微型碱金属原子气室MEMS制作技术 被引量：2

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作者 李兴辉 杜婷 +3 位作者 韩攀阳 陈海军 蔡军 冯进军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第3期1-4,共4页

碱金属原子气室是陀螺仪、磁力计和原子钟等原子传感器的核心部件。利用微机电系统(MEMS)技术实现微型化,是当今原子气室的重要发展方向。这些技术包括激光加工、超声波加工、湿法化学腐蚀、深反应离子刻蚀等硅孔成型技术,直接键合、共... 碱金属原子气室是陀螺仪、磁力计和原子钟等原子传感器的核心部件。利用微机电系统(MEMS)技术实现微型化,是当今原子气室的重要发展方向。这些技术包括激光加工、超声波加工、湿法化学腐蚀、深反应离子刻蚀等硅孔成型技术,直接键合、共晶键合、粘结键合和阳极键合等基片键合技术,以及单质填充、原位化学反应、叠氮化物光分解、电化学分解释放和激光剥离蜡封包等碱金属填充技术。回顾了相关技术发展并分析了各自的优劣。 展开更多

关键词 碱金属 原子气室 微机电系统(MEMS) 阳极键合

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高次谐波大回旋太赫兹振荡器多模工作特性 被引量：2

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作者 赵其祥 马梦诗 +5 位作者 李想 吕游 张天钟 彭麟 王峨锋 冯进军 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期457-463,共7页

设计了一支可工作于4~9次谐波的大回旋太赫兹振荡管,借助于三维粒子模拟,研究了设计的大回旋振荡管注-波互作用机理、高次谐波工作特性、谐波模式间竞争等关键特性。结果表明,通过调节磁场强度,可以在多个相邻谐波处连续激发振荡,实现... 设计了一支可工作于4~9次谐波的大回旋太赫兹振荡管,借助于三维粒子模拟,研究了设计的大回旋振荡管注-波互作用机理、高次谐波工作特性、谐波模式间竞争等关键特性。结果表明,通过调节磁场强度,可以在多个相邻谐波处连续激发振荡,实现频率为240 GHz到460 GHz之间的太赫兹波辐射,最大辐射功率为19kW。同时研究了第7、8和9次谐波模式之间的竞争,讨论了实现稳定注-波互作用和高次谐波状态下单模工作的方法。此外,论文还对不同谐波状态下的欧姆损耗功率进行了研究。 展开更多

关键词 大回旋电子注 回旋管 高次谐波 太赫兹

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