340 GHz倒圆角交错双栅行波管的仿真与冷测（英文）

近些年来交错双栅行波管由于其高功率容量和易加工等优点受到了很多的关注.然而随着器件工作频率的升高,尤其对于太赫兹频段,结构的损耗严重限制了行波管的性能.本文考虑了损耗和加工所导致的圆角等因素,针对交错双栅结构提出了一个更切实际的设计.仿真结果表明,该行波管在320～342 GHz频率范围内能获得大于5 W的输出功率.采用了相速跳变方法来提高输出功率,在整个工作频带内输出功率都得到了大于28%的提升.在此基础上加工了340 GHz交错双栅慢波结构并开展了冷测实验,在330～360 GHz范围内盒型窗的S21测试结果大于-2. 1 d B且电压驻波比在334～355 GHz范围内小于1. 35.同时对包含盒型窗部件的高频系统进行了冷测,其电压驻波比测试结果在335～344 GHz范围内均小于2,且该冷测结果与仿真结果之间趋势基本一致.     

带状注交错双栅行波管的非线性分析

给出了适用于描述带状注行波管中电子注与慢电磁行波非线性互作用的全三维自洽方程组, 包含场的激发方程、 电子运动方程、电子相位演化方程和能量转化方程。将电子注划分为―粒子线‖的形式,结合交错双栅慢波结构中三维线 路场的形态分布,运用自洽方程组,对0.22THz 带状注交错双栅行波管进行了非线性分析。     

W波段阶梯型交错双栅慢波结构行波管的研究

为了提高传统交错双栅慢波结构行波管的性能,提出了一种阶梯型交错双栅慢波结构,并基于此新型慢波结构,提出了新型输入输出耦合结构.在此基础上,设计了一只工作在W波段的带状电子注阶梯型交错双栅慢波结构行波管.计算结果显示,阶梯型交错双栅慢波结构行波管的耦合阻抗更高,从而使行波管在更短的互作用电路长度里,实现更高的饱和增益和互作用效率.在90～100GHz频率范围内,阶梯型交错双栅慢波结构的耦合阻抗大于4Ω,高于传统交错双栅慢波结构;W波段带状电子注行波管高频结构的反射系数(S11)小于-15dB;并且行波管的饱和输入功率仅约为0.7W,可以实现最高输出功率约800W,相应的效率大于7.8%,增益大于30.6dB.     

W波段交错双栅色散测量与比较

采用谐振法,基于小孔耦合设计了W波段矩形槽交错双栅色散测试方案。考虑了倒圆角带来的影响,采用精密计算机数控技术(CNC)工艺加工慢波结构进行测试,获得了辨识较高的谐振峰,得到了0-p 相移范围内所有对应的本征谐振点。基于小孔耦合谐振法的仿真值与严格谐振法、准周期法的仿真值相比最大偏差0.1%,证明了色散测试方案的合理性。基于小孔耦合谐振法的实测值与仿真值相比最大偏差0.3491%,充分说明慢波结构的加工精度满足工程应用需求,这些结果为深入开展下一步试验打下良好基础。     

340 GHz返波振荡器输能窗的设计与实验

为340 GHz 返波振荡器设计了输能窗,并对其进行了设计分析及仿真模拟计算.计算结果表明,该窗在327 GHz-347 GHz 频段内的反射系数优于30 dB.对窗片进行金属化,焊接输能窗,封接出气密性良好的输能窗,对输能窗进行测试.测试结果表明,该窗在333 GHz-367 GHz频段内反射系数优于10 dB,其中,在336 GHz-344 GHz 频段内优于15 dB,传输损耗7 dB 左右.对模拟结果与实测结果的偏差进行了分析,为进一步优化输能窗奠定基础.     

基于交错双栅结构的混合电路模型

带状注行波管作为一种发展中的新型器件在雷达和通信领域有广泛应用前景。相比于圆形注器件,目前针对带状注行波管的注波互作用模型仍较少。本文针对交错双栅这一常用的带状注慢波结构,从电路理论出发,研究了由分布式的传输线元件和集总电路原件构成的混合电路模型在刻画高频率慢波结构上的适用性,重点解决了从慢波结构几何参数到电路物理参数的映射问题。建立交错双栅混合电路模型,推导了色散方程,同时基于模拟退火算法实现了高精确度参数拟合。结果表明,混合电路模型能够精确刻画交错双栅的色散特性。该模型对后续开发基于混合电路模型的带状注大信号注波互作用程序具有重要意义。     

W波段带状注耦合腔慢波结构行波管的设计与冷测（英文）

对W波段三槽梯形线耦合腔慢波结构(包括大功率输入输出耦合器和射频窗)的加工和冷测进行了研究。此慢波结构由一个矩形波导耦合器馈电,该耦合器由放置在输入腔短边上的三阶阶梯变换矩形波导组成。首先,利用仿真方法研究了慢波结构的色散、互作用阻抗、传输特性和注-波互作用。结果表明,采用三槽梯形线耦合腔慢波结构的行波管能够在91～96 GHz的频率范围内提供大于1 000 W的饱和输出功率,并且在94 GHz频点,饱和输出功率最大,可以达到1 125 W。其次,采用高精度数控铣床加工出三槽梯形线慢波结构,并将其固定在非磁性不锈钢外壳中。文中给出了带有耦合器和射频窗的三槽梯形线慢波系统的测试结果,表明在90 GHz到100 GHz的频率范围内,S₁₁<-10 dB。因此,三槽梯形线慢波结构在W波段大功率行波管方面具有应用前景。     

双栅MOS场效应管精确的二维电势分布与V_（th）的解析模型

双栅（ＤｕａｌＧａｔｅ）ＭＯＳ场效应管所具有的完全对称的独特结构带来一系列电学特性变化引起了人们广泛的研究兴趣。本文利用格林函数法，采用合理的边界条件，得出ＤＧＭＯＳ体硅的二维电势解析表达式，并由此导出适用于亚微米沟道ＤＧＭＯＳ管阈值电压的解析表达式。阈值电压模型与有关实验数据符合甚好。对于进一步深入探讨ＤＧＭＯＳ管的体反型（ＶｏｌｕｍｅＩｎｖｅｒｓｉｏｎ）效应及其引起的电学特性变化，本模型提供了有效的途径。     

双栅无结型场效应晶体管的设计与优化

利用三维数值仿真工具,对双栅无结型场效应晶体管进行了数值模拟,研究了沟道掺杂浓度深度分布对晶体管性能的影响,并对比分析了当沟道长度缩小到10nm及以下时器件的电学特性。仿真结果表明,相比于沟道为均匀掺杂分布的器件,具有中间低的沟道掺杂深度分布的双栅无结型场效应晶体管具有更优的开关电流比、漏致势垒降低、亚阈值斜率等电学性能和短沟道特性。     

基于InP DHBT工艺的33～170 GHz共源共栅放大器（英文）

基于500 nm磷化铟双异质结双极晶体管（InP DHBT）工艺,设计了一种工作在33～170 GHz频段的超宽带共源共栅功率放大器。输入端和输出端的平行短截线起到变换阻抗和拓展带宽的作用,输出端紧密相邻的耦合传输线补偿了一部分高频传输损耗。测试结果表明,该放大器的最大增益在115 GHz达到11.98 dB,相对带宽为134.98%,增益平坦度为±2 dB,工作频段内增益均好于10 dB,输出功率均好于1 dBm。     

G波段行波管电子枪设计与实验

设计了用于G波段行波管的聚焦极调制皮尔斯电子枪,电子注电压20 kV,电流50.9 mA,注腰半径0.056 mm,射程10.3 mm。利用热-结构耦合分析和电子注轨迹仿真方法,分析了热形变对电子枪性能造成的显著影响。为了消除电子枪热形变的影响,设计了装配模具进行补偿,并得到了实验验证。该电子枪已用于多种G波段行波管,解决了关键部件技术问题。     

环形阴极低截止电子枪理论和模拟

提出一种新型的低截止电压环形阴极聚焦极控电子枪结构.在传统皮尔斯电子枪和杆控电子枪基础上,创新性地将球面阴极设计为环形发射区和不发射锥体区两部分,以实现更低的聚焦极截止电压,降低调制器单元的开关损耗,提升最大调制频率.研究表明,在导流系数为0.53μP的条件下,通过引入不发射锥形体,使阴极的截止电压降低一半,截止电压幅...     

0.14 THz折叠波导行波管慢波结构设计与加工

使用一种显式方法对0.14 THz折叠波导行波管慢波结构进行了快速设计,并通过解析模型、等效电路模型以及电磁场仿真软件(CST MWS)对结构的色散关系和耦合阻抗进行了计算。计算结果表明,0.14 THz附近的色散较为平坦,耦合阻抗在1Ω左右。为了满足大功率输出需求,对初始结构尺寸进行了部分调整。CST PS互作用模拟结果表明,在0.14 THz附近,输出功率大于1 W。用微电火花(EDM)和微铣削方法分别进行了加工实验,结果表明,两种方法在尺寸精确度上均能满足指标要求,微铣削加工能获得更平整、表面粗糙度更好的槽底。     

高效率曲折槽波导毫米波行波管设计、制造和冷测

本文提出一种适用于工作在毫米波段(85～110 GHz)的带状注高效率曲折槽波导毫米波行波管,并进行了参数优化设计、加工制造和冷测实验研究.曲折槽波导首次采用一次改变周期相速跳变技术提高带状注毫米波行波管电子互作用效率.文中加工制造了三种不同周期个数(包含相速跳变和均匀相速两种类型)的曲折槽波导,并进行了S参数测试,其...     

Ka波段低电压悬置双微带曲折线慢波结构的设计与测试

提出了一种悬置双微带曲折线慢波结构,介质基板悬置于封闭金属腔内,基板上下表面各镀有一条金属曲折线结构。该结构具有双电子束通道,电磁波具有对称的分布,因此,电磁波可以通过上下腔体与两束带状电子束互作用。通过仿真软件分析了其高频特性,设计工作电压和电流分别为2050 V和0.2 A,PIC仿真结果表明,在36 GHz处最大输出增益为26 dB,具有8 GHz的3-dB饱和功率带宽。实验测得该慢波结构反射损耗低于-10 dB,同时分析了慢波结构制备过程中影响传输损耗的主要因素。     

W波段回旋行波管新型曲线阴极磁控注入电子枪优化设计

设计了采用新型曲线阴极结构的W波段双阳极磁控注入电子枪,手动优化得到的电子注参数在速度比1.1时,纵向速度零散为1.84%.为了克服手动优化方法的繁琐和低效,引入了数值计算方法的优化策略,编制了基于MATLAB语言的遗传算法和模拟退火算法的优化程序,并结合二维电子光学软件EGUN对该W波段曲线阴极结构电子枪进行优化,优化得到的电子枪在保证电子注速度比1.1的情况下,纵向速度零散分别达到了0.81%和1.05%.与手动优化方法相比,数值优化方法不需要设计者干预优化过程,具有自动高效的特点,且优化结果更好.     

26.5-40GHz 高效率宽带毫米波行波管高频系统仿真设计

优化高频系统慢波结构参数,分析了慢波结构的材料及T 型夹持杆对高频损耗的影响,设计了一种未加载翼片结构的双渐变螺线26.5-40GHz 40W 宽带行波管,试验测试宽频带内电子效率超过12%,采用4 级降压收集极后总效率大于37%。     

平面超材料对曲折线慢波结构行波管效率改善和杂模抑制的影响

针对U型曲折线慢波结构带状注行波管杂模抑制和互作用效率提高等面临的挑战,提出了一种开口菱形超材料结构。在综合考虑电路单元谐振性能、与U型曲折线慢波结构之间的协调配合以及电路实现可行性和结构简单等因素,通过电路设计和数值模拟优化等具体措施相结合,探讨这种超材料对增强注波互作用表面电场和抑制电路振荡的效果。在Ka波段优化的结果表明,这种超材料在抑制杂波和改善注波互作用效率方面效果明显,对此类行波管稳定性提高具有重要意义。