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基于矩形波导阵列输出结构的光电协同激励冷阴极太赫兹辐射源器件
1
作者 韩东 沈岩 +5 位作者 宋哲宇 徐硼斌 张宇 陈焕君 许宁生 邓少芝 《真空电子技术》 2025年第6期13-19,共7页
太赫兹(THz)辐射源在宽带宽无线通信、高分辨率雷达成像及生物医学检测等领域有重要的应用价值。提出了一种基于矩形波导阵列输出结构的光电协同激励纳米冷阴极的THz辐射源方案:借助超快、超短脉冲激光激励,使冷阴极的电子发射直接携带... 太赫兹(THz)辐射源在宽带宽无线通信、高分辨率雷达成像及生物医学检测等领域有重要的应用价值。提出了一种基于矩形波导阵列输出结构的光电协同激励纳米冷阴极的THz辐射源方案:借助超快、超短脉冲激光激励,使冷阴极的电子发射直接携带高频信号,无需复杂的电子束调制组件和额外的微波馈入源就可以产生0.6THz以上的高频电磁波输出。基于CST软件开发设计了可产生0.6THz电磁波输出的器件结构,及其输出波导阵列。仿真结果显示,在波长为800nm,脉冲宽度为200fs,重复频率为1kHz的飞秒激光脉冲和阳-阴极电压为1000V静电场的协同激励下,纳米冷阴极产生的平均发射电流为1nA,电子初始动能为2000eV,设计的辐射源器件实现了峰值功率为13nW,中心频率为607GHz的电磁波输出。 展开更多
关键词 太赫兹波 冷阴极 辐射源 光电协同激励 矩形波导阵列
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50 GHz纳米冷阴极交错双栅返波振荡器的仿真设计
2
作者 李锦轩 薛钦文 +3 位作者 袁学松 张宇 佘峻聪 邓少芝 《真空电子技术》 2025年第6期43-50,共8页
返波振荡器是实现大功率毫米波输出的重要器件。基于50 GHz工作频率,采用带状注冷阴极电子枪和交错双栅慢波结构,设计了一款返波振荡器,并进行了性能仿真研究。首先,设计了一种工作频率在50 GHz的交错双栅慢波结构,研究了其色散特性和... 返波振荡器是实现大功率毫米波输出的重要器件。基于50 GHz工作频率,采用带状注冷阴极电子枪和交错双栅慢波结构,设计了一款返波振荡器,并进行了性能仿真研究。首先,设计了一种工作频率在50 GHz的交错双栅慢波结构,研究了其色散特性和耦合阻抗随尺寸参数的变化规律;其次,设计了适用于返波管的带状注碳纳米管薄膜冷阴极电子枪,利用非对称聚焦极结构实现了高层流性的带状电子注,压缩比为1.97;最后,对返波振荡器进行了整管设计和粒子互作用仿真。结果表明,在电子注电压24.7kV、电流50 mA、33个周期数及聚焦磁场0.2T的条件下,电子注流通率约为83.5%,在50 GHz的输出功率达到48.9W,电子效率为3.95%。该设计方案可为带状注碳纳米管薄膜冷阴极返波振荡器的研制提供技术支撑。 展开更多
关键词 返波振荡器 慢波结构 交错双栅 带状注 冷阴极电子枪 碳纳米管
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170/218 GHz双频回旋管准光模式变换器设计
3
作者 田德成 张瑞 +2 位作者 赵国慧 王勇 田露 《真空科学与技术学报》 北大核心 2025年第10期860-867,共8页
传统回旋管准光模式变换器受限于单频工作特性,难以满足多频回旋管在聚变堆加热与太赫兹通信等领域的发展需求。文章基于耦合模理论,提出一种支持170 GHz,TE_(31,8)模与218 GHz,TE_(40,10)双频工作的准光辐射器设计方法,通过优化模式耦... 传统回旋管准光模式变换器受限于单频工作特性,难以满足多频回旋管在聚变堆加热与太赫兹通信等领域的发展需求。文章基于耦合模理论,提出一种支持170 GHz,TE_(31,8)模与218 GHz,TE_(40,10)双频工作的准光辐射器设计方法,通过优化模式耦合参数实现在同一辐射切口内双频协同工作。此外,结合新型相位差算法构建三级准光镜面系统,完成波束-电子束路径分离及波束相位误差校正。仿真结果表明,双频辐射器在170 GHz与218 GHz工作频率下,辐射口径处标量高斯含量分别达99.4%与99.1%。经过镜面系统优化后,辐射波束在170 GHz和218 GHz频率下输出窗上的标量高斯含量分别达到99.0%和98.9%。文章实现了双频准光模式变换器的协同设计,为多频回旋管研制提供了关键技术支撑,具有重要工程应用价值。 展开更多
关键词 回旋管 准光模式变换器 双频 相位校正
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回旋速调放大器输入谐振腔分析及数值模拟 被引量：13
4
作者 罗勇 李宏福 +3 位作者 赵青 邓学 徐勇 王晖 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期358-362,共5页
　输入谐振腔将波导输入的高频信号转化为内腔中工作模式的驻波场,以实现对回旋电子注角向速度的调制。对输入谐振腔的同轴谐振腔和两端开孔的圆柱谐振腔分别进行了解析分析,数值计算中引入修正来反应耦合狭缝的影响,几min就能完成一种... 　输入谐振腔将波导输入的高频信号转化为内腔中工作模式的驻波场,以实现对回旋电子注角向速度的调制。对输入谐振腔的同轴谐振腔和两端开孔的圆柱谐振腔分别进行了解析分析,数值计算中引入修正来反应耦合狭缝的影响,几min就能完成一种结构尺寸的计算分析。通过优化得到输入谐振腔的初步结构和尺寸,然后利用三维高频分析软件HFSS进行精确的模拟和修正,提高模式转化效率和纯度,获得了高性能的输入谐振腔。 展开更多
关键词 输入谐振腔 同轴谐振腔 耦合狭缝 回旋速调放大器 高功率毫米波
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回旋速调管群聚腔研究 被引量：15
5
作者 罗勇 李宏福 +1 位作者 谢仲怜 喻胜 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期864-866,共3页
本文采用场匹配法对回旋速调管群聚腔进行了理论分析和数值模拟 ,讨论了两端开孔对腔谐振特性的影响及引入损耗介质层降低Q值方法 ,给出了一种工作频率为 34GHz,工作模式为TE0 1的回旋速调管低Q群聚腔的计算结果 ,结果表明 ,开孔大小明... 本文采用场匹配法对回旋速调管群聚腔进行了理论分析和数值模拟 ,讨论了两端开孔对腔谐振特性的影响及引入损耗介质层降低Q值方法 ,给出了一种工作频率为 34GHz,工作模式为TE0 1的回旋速调管低Q群聚腔的计算结果 ,结果表明 ,开孔大小明显影响腔内的谐振特性及驻波分布 ,损耗介质层的厚度增加将使群聚腔Q值迅速降低 ,选择适当的腔体结构 ,损耗介质及其厚度能有效地降低Q值 ,满足设计要求 . 展开更多
关键词 回旋速调管 高功率放大器 群聚腔 场匹配 微波
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35GHz,TE021回旋速调管的电磁模拟 被引量：9
6
作者 殷勇 祝大军 +2 位作者 刘盛纲 梁显锋 刘濮鲲 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期1024-1027,共4页
本文对一种新型的工作在二次谐波的三腔回旋速调管进行了理论分析和PIC模拟,该管子有两个十分突出的优点:由于其是工作在二次谐波上,这就大大降低了对轴向磁场的要求,可以避免笨重的螺线管或是超导磁场;其次由于其为三腔的结构,可以明... 本文对一种新型的工作在二次谐波的三腔回旋速调管进行了理论分析和PIC模拟,该管子有两个十分突出的优点:由于其是工作在二次谐波上,这就大大降低了对轴向磁场的要求,可以避免笨重的螺线管或是超导磁场;其次由于其为三腔的结构,可以明显的提高管子的增益.PIC(ParticleInCell)模拟方法被采用来对该管子从磁控注入枪到微波电路进行了电磁模拟.在我们所采用的参数条件下,工作频率为35GHz,工作模式为TE021的三腔回旋速调管在0.675T的磁场下得到了22.5dB的增益以及23.71%的效率. 展开更多
关键词 回旋速调管 PIC 磁控注入枪 微波电路 Q值
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螺旋波纹波导的传输特性 被引量：8
7
作者 王峨锋 李宏福 +3 位作者 李浩 刘迎辉 喻胜 牛新建 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期985-989,共5页
根据螺旋波纹波导的传输耦合方程,取输入模式为TE11,由螺旋波纹波导模式耦合规则得到输出模式为TE21,由此给出耦合方程的具体形式。用“迭代法”简化耦合方程,并进行数值分析,得到了波导波纹周期对传输特性的影响;利用简化后耦合方程解... 根据螺旋波纹波导的传输耦合方程,取输入模式为TE11,由螺旋波纹波导模式耦合规则得到输出模式为TE21,由此给出耦合方程的具体形式。用“迭代法”简化耦合方程,并进行数值分析,得到了波导波纹周期对传输特性的影响;利用简化后耦合方程解的解析式计算了螺旋波纹波导工作模式中各场幅值的比例关系。计算结果表明:在工作频段内螺旋波纹波导中场结构是一种混合模,以TE21模为主,其群速基本接近常数,可以和电子注在很宽的频带内产生互作用,为注波互作用的计算提供了依据。 展开更多
关键词 螺旋波纹波导 耦合波方程 本征模式 线性组合 幅值比例
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太赫兹真空电子器件的研究现状及其发展评述 被引量：26
8
作者 王明红 薛谦忠 刘濮鲲 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第7期1766-1772,共7页
太赫兹真空电子器件具有输出功率高、可在常温下工作等优点,它在军用、民用领域有着广泛的应用前景。本文介绍了国内外各种太赫兹真空电子器件研究的技术水平及应用现状,并对其今后发展趋势作了相应的评述。
关键词 真空电子器件 高功率微波 太赫兹源 太赫兹波应用
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回旋行波管收集极的热分析 被引量：13
9
作者 郑志清 罗勇 +1 位作者 蒋伟 唐勇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期721-726,共6页
为解决回旋管行波管收集极的散热问题,保障回旋行波管工作的可靠性和稳定性,利用CST电子仿真软件模拟出电子在回旋行波管中的运动轨迹,并因此确定了进入收集极的电子注的初始条件。利用ANSYS有限元软件对回旋行波管收集极的散热特性进... 为解决回旋管行波管收集极的散热问题,保障回旋行波管工作的可靠性和稳定性,利用CST电子仿真软件模拟出电子在回旋行波管中的运动轨迹,并因此确定了进入收集极的电子注的初始条件。利用ANSYS有限元软件对回旋行波管收集极的散热特性进行详细的模拟计算,分析比较了不同热流密度加载方式对收集极温度分布的影响。采用非均匀热流加载方式探究了水温和流速对收集极温度的影响,并对收集极的散热翼片的数目和尺寸进行了优化,最终得出了比较理想的结构。模拟结果优于经验值,说明了所用模型和方法的正确性。 展开更多
关键词 回旋行波管 收集极 散热特性 热分析
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W波段三次谐波回旋管腔体设计 被引量：6
10
作者 孙迪敏 宋睿 +3 位作者 马国武 陈洪斌 孟凡宝 陈怀璧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期82-86,共5页
采用冷腔分析研究了带有光阑结构的开放式谐振腔中的模式竞争,设计了采用TE61模式工作的W波段三次谐波回旋管谐振腔。PIC粒子模拟结果表明:在不考虑腔壁损耗及电子注能散的情况下,采用注电压45kV、电流3A的电子注,可以实现三次谐波单模... 采用冷腔分析研究了带有光阑结构的开放式谐振腔中的模式竞争,设计了采用TE61模式工作的W波段三次谐波回旋管谐振腔。PIC粒子模拟结果表明:在不考虑腔壁损耗及电子注能散的情况下,采用注电压45kV、电流3A的电子注,可以实现三次谐波单模稳定工作,并获得约20kW的输出功率,对应工作效率14.8%。 展开更多
关键词 三次谐波 回旋管 光阑结构 起振电流 模式竞争
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Ka波段TE_(01)模回旋速调管输出腔 被引量：5
11
作者 徐勇 罗勇 +4 位作者 刘迎辉 王建勋 李宏福 王晖 熊彩东 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期426-430,共5页
利用模式展开和场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的散射矩阵。在此基础上编制了FORTRAN计算程序,并对Ka波段TE01模回旋速调管的具有突变结构的开放式输出腔进行了数值计算。分析了回旋速调管输出腔的腔体长度和半径变化,以及输出耦... 利用模式展开和场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的散射矩阵。在此基础上编制了FORTRAN计算程序,并对Ka波段TE01模回旋速调管的具有突变结构的开放式输出腔进行了数值计算。分析了回旋速调管输出腔的腔体长度和半径变化,以及输出耦合孔的半径和厚度变化对输出腔的品质因数和频率的影响。结果表明:由程序模拟输出腔所得到的计算结果与HFSS软件的结果一致;与冷测实验结果相比,品质因数的相对偏差为1.65%,谐振频率的偏差为10 MHz。 展开更多
关键词 回旋速调管 输出腔 品质因数 谐振频率 模式匹配 散射矩阵
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94GHz TE_(02)模回旋管Vlasov模式变换器的设计与模拟 被引量：7
12
作者 王斌 杜朝海 +2 位作者 刘濮鲲 耿志辉 徐寿喜 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期17-22,共6页
该文研究并设计了一个由Vlasov阶梯型开口辐射器、椭圆面反射器和抛物面反射器组成的TE02模回旋管准光模式变换器。首先采用几何光学研究了阶梯型开口辐射器、椭圆面反射器和抛物面反射器的具体形状,再利用矢量绕射理论分析了其工作过程... 该文研究并设计了一个由Vlasov阶梯型开口辐射器、椭圆面反射器和抛物面反射器组成的TE02模回旋管准光模式变换器。首先采用几何光学研究了阶梯型开口辐射器、椭圆面反射器和抛物面反射器的具体形状,再利用矢量绕射理论分析了其工作过程,最后结合94 GHz TE02模回旋管的具体参数,编写仿真程序详细讨论了工作模式在此模式变换器中的变换过程。模拟结果表明,94 GHz回旋管中的TE02模在输出窗处被转换为能量集中的准高斯波束,转换效率为78.35%。 展开更多
关键词 回旋管 高功率微波 准光输出 Vlasov模式变换器
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具有坡度的同轴布喇格结构的频率响应特性 被引量：11
13
作者 丁学用 张世昌 谢永超 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2051-2054,共4页
在CST软件平台上,对具有坡度的同轴布喇格结构的频率响应特性进行了数值模拟。结果表明:具有正圆锥形坡度的同轴布喇格结构,其带宽随着所加坡度角的增大而变窄;而具有倒圆锥形坡度的同轴布喇格结构,其带宽随着所加坡度角的增大而变宽。... 在CST软件平台上,对具有坡度的同轴布喇格结构的频率响应特性进行了数值模拟。结果表明:具有正圆锥形坡度的同轴布喇格结构,其带宽随着所加坡度角的增大而变窄;而具有倒圆锥形坡度的同轴布喇格结构,其带宽随着所加坡度角的增大而变宽。采用窗函数技术可以有效地抑制具有坡度的同轴布喇格结构的频率响应曲线的残余旁瓣。汉明窗函数、汉宁窗函数及布拉克曼窗函数均有利于改善同轴布喇格结构作为反射器或者滤波器的性能。 展开更多
关键词 高功率微波 同轴布喇格结构 坡度正弦波纹壁 残余旁瓣 窗函数
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28GHz/50kW准光输出连续波回旋管 被引量：5
14
作者 胡林林 马国武 +6 位作者 孙迪敏 卓婷婷 黄麒力 谭志远 龚胜刚 陈洪斌 孟凡宝 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1-2,共2页
研制出国内首支基于电子回旋加热应用的28GHz/50kW准光输出大功率连续波回旋管。该回旋管采用了双阳极磁控注入枪,TE02模式谐振腔,内置准光模式变换器,单级降压收集极。回旋管采用无液氦制冷超导磁体提供稳态磁场。实验中成功实现54.8kW... 研制出国内首支基于电子回旋加热应用的28GHz/50kW准光输出大功率连续波回旋管。该回旋管采用了双阳极磁控注入枪,TE02模式谐振腔,内置准光模式变换器,单级降压收集极。回旋管采用无液氦制冷超导磁体提供稳态磁场。实验中成功实现54.8kW/1s短脉冲输出和45.8kW/30s的连续波输出,工作频率为28.08GHz,总效率达到57%。 展开更多
关键词 回旋管 28GHz 电子回旋加热 连续波 准光输出
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螺旋波纹波导模式分析 被引量：5
15
作者 朱世秋 王峨锋 +4 位作者 李宏福 闫铁昌 冯进军 李浩 刘迎辉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1869-1872,共4页
通过螺旋波纹波导的耦合波方程,考虑到波的左右旋转方向及波的前向和反向等因素,给出了波导中可能存在的所有模式,由耦合方程的特点和布拉格条件分析了各模式之间的关系,给出对应于螺旋波纹波导回旋行波管和螺旋波纹波导回旋返波管的模... 通过螺旋波纹波导的耦合波方程,考虑到波的左右旋转方向及波的前向和反向等因素,给出了波导中可能存在的所有模式,由耦合方程的特点和布拉格条件分析了各模式之间的关系,给出对应于螺旋波纹波导回旋行波管和螺旋波纹波导回旋返波管的模式耦合特点,并给出耦合关系和波导的模式耦合规则。结合螺旋波纹波导的色散方程,讨论了不同波纹周期和波纹起伏程度对模式耦合的影响:波纹周期的增大,使得电子注的加速电压变大;如果波纹周期太小,则工作模式线性变得很差。阐述了螺旋波纹波导回旋行波管克服模式竞争的机理。纹起伏程度较大,工作模式和非工作模式分离程度变大,对克服模式竞争比较有利。 展开更多
关键词 螺旋波纹波导 布拉格条件 极化 模式耦合 模式竞争
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94GHz缓变结构回旋管设计与数值模拟研究 被引量：6
16
作者 雷朝军 喻胜 +2 位作者 李宏福 刘迎辉 赵其祥 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期177-181,共5页
通过分析广义传输线理论中的模式耦合系数,优化设计了一支94GHz光滑缓变结构回旋管,当电子注电压50kV,电流6A,横纵速度比1.4,工作磁场3.548 5T时,在频率94.099GHz处得到了41%互作用效率,约120kW的功率输出;与折变结构回旋管相比,缓变结... 通过分析广义传输线理论中的模式耦合系数,优化设计了一支94GHz光滑缓变结构回旋管,当电子注电压50kV,电流6A,横纵速度比1.4,工作磁场3.548 5T时,在频率94.099GHz处得到了41%互作用效率,约120kW的功率输出;与折变结构回旋管相比,缓变结构回旋管中的工作模式纯度提高约27dB,注波互作用效率提高约7%。基于自洽非线性理论计算的互作用效率与PIC模拟结果有较好的一致性。 展开更多
关键词 谐振腔 回旋管 模式竞争 耦合系数
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W波段带状注聚焦结构的优化设计 被引量：5
17
作者 杨修东 阮存军 +2 位作者 王树忠 赵鼎 张长青 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期143-147,共5页
为了改善电子注与聚焦磁场的匹配状态以实现带状电子注的长距离稳定传输,提出了一种优化的周期凸起磁场(PCM)聚焦结构。与传统的PCM聚焦结构相比,优化的PCM结构改善了电子注的成形和传输状态,能够约束带状注长距离稳定传输。电子枪设计... 为了改善电子注与聚焦磁场的匹配状态以实现带状电子注的长距离稳定传输,提出了一种优化的周期凸起磁场(PCM)聚焦结构。与传统的PCM聚焦结构相比,优化的PCM结构改善了电子注的成形和传输状态,能够约束带状注长距离稳定传输。电子枪设计电压75 kV,电流3.8 A,10 mm×0.5 mm的带状电子注由10 mm×4 mm的椭圆阴极面发射并在单一方向压缩形成。漂移通道长89 mm,横向截面尺寸为12 mm×0.8 mm。结果显示,磁场周期为12 mm,峰值为0.24 T;电子注传输时在高度方向的最大波动尺寸为0.6 mm。该聚焦结构同时还能兼容线包聚焦方式,磁场强度和电子注输时在高度方向的波动尺寸分别为0.31 T和0.5 mm,束流通过率为100%。 展开更多
关键词 W波段 带状注 聚焦结构 周期凸起磁场 匹配状态
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W波段三次谐波回旋管实验研究 被引量：5
18
作者 孙迪敏 胡鹏 +3 位作者 马国武 陈洪斌 孟凡宝 陈怀璧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期2177-2178,共2页
国内首次成功进行W波段三次谐波回旋管实验。回旋管工作模式为TE61,磁场1.2T,采用拍频法测定工作频率为94.86GHz。电子束电压为45kV时,电流1.6～4.4A范围内都观测到了三次谐波振荡信号。采用焦热计测定最大输出功率4.9kW,效率约3%。
关键词 三次谐波 回旋管 W波段 模式竞争
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Ka波段TE_(10)~□-TE_(01)~○宽带模式变换器的设计 被引量：5
19
作者 徐勇 罗勇 +6 位作者 王建勋 鄢然 蒲友雷 王晖 王丽 李宏福 熊彩东 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期309-314,共6页
给出了一种十字交叉形TE10□-TE01○宽带模式变换器的设计原理。同时,完成了一支Ka波段TE10□-TE01○模式变换器的设计方案。根据该设计方案在高频分析软件HFSS中建立三维模型进行仿真优化。通过优化设计获得了0.042 dB的带宽为13.5 GHz... 给出了一种十字交叉形TE10□-TE01○宽带模式变换器的设计原理。同时,完成了一支Ka波段TE10□-TE01○模式变换器的设计方案。根据该设计方案在高频分析软件HFSS中建立三维模型进行仿真优化。通过优化设计获得了0.042 dB的带宽为13.5 GHz(26.5～40 GHz)的高性能TE10□-TE01○宽带模式变换器。冷测实验表明优化设计结果与冷测结果较吻合。热测实验表明设计出的模式变换器输出较纯。 展开更多
关键词 十字波导 TE10□-TE01○模式变换器 宽带 冷测实验
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太赫兹折叠波导慢波结构的设计与微加工(英文) 被引量：5
20
作者 王亚军 陈樟 +1 位作者 程焰林 施志贵 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期62-67,共6页
从行波管工作的物理特性提出了一种获得折叠波导慢波结构参数的简单方法,给定工作频率和电压,能够获得折叠波导慢波结构的初始参数.设计了D波段的折叠波导结构来验证该方法,对其冷测特性如色散、耦合阻抗进行了分析.仿真结果表明,设计... 从行波管工作的物理特性提出了一种获得折叠波导慢波结构参数的简单方法,给定工作频率和电压,能够获得折叠波导慢波结构的初始参数.设计了D波段的折叠波导结构来验证该方法,对其冷测特性如色散、耦合阻抗进行了分析.仿真结果表明,设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,在中心频率处耦合阻抗为3.5欧姆.在电子注电压为20.6 kV,电流为15 mA时,27 mm（50个周期）的折叠波导慢波结构在220 GHz具有13.5 dB的增益,3 dB带宽为11 GHz （213 ～224 GHz）.同时讨论了折叠波导慢波结构的微加工工艺,并通过UV-LIGA工艺获得了实验样品. 展开更多
关键词 行波管 折叠波导 仿真 THZ辐射
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