电子科技大学 物理电子学院太赫兹中心, 四川 成都 610054
采用矩形波导加载光栅的慢波结构作为太赫兹返波管的高频结构, 通过理论分析和电磁仿真研究了该慢波结构的色散特性和互作用阻抗, 理论分析结果和仿真结果能很好地吻合.在理论分析的基础上, 设计了一个中心频率为340 GHz的返波管, 经粒子模拟软件计算, 在较低电流密度的情况下该返波管输出功率达100 mW且可调带宽约30 GHz.
返波管 矩形波导光栅 慢波结构 太赫兹 backward wave oscillator (BWO) rectangular waveguide grating slow-wave structure (SWS) terahertz
为满足微波管放大器对宽频段输入窗的需求，并保证馈源的真空密封需求，提出并设计了一种适用于宽频段微波放大器的同轴输入窗。该宽频段同轴输入窗采用渐变圆环形陶瓷，材料介电常数为9.3，窗片厚度为2.5 mm,内径为2.14 mm，外径为5 mm，渐变段长度为6.5 mm。利用三维高频电磁仿真软件CST对其建模分析，并对同轴内外结构尺寸和陶瓷渐变结构进行优化仿真，得出该宽频带同轴输入窗能够在10～45 GHz频带内实现插入损耗小于0.5 dB。
输入窗 同轴 宽频段 input window coaxial wide-band 强激光与粒子束
2016, 28(3): 033029
利用三维粒子模拟软件对大面积生长无序碳纳米管冷阴级三级结构发射特性进行仿真,对六边形、三角形和正方形3种不同网孔结构栅网下的碳纳米管冷阴极场致发射特性进行研究。通过计算冷阴极表面电场分布及场致发射电子注的通过率,得到不同图形发射效率随网孔尺寸变化的规律。进一步横向对比,得出栅网最佳图形为六边形的结论,其最大电子注通过率为75%。
碳纳米管 冷阴极 场致发射 栅栏结构 carbon nanotube cold cathode field-emission mesh grid structure 强激光与粒子束
2014, 26(12): 124103
对一种热阴极高功率返波管进行了理论研究，其具有寿命长稳定性好的特点。采用的热阴极发射电流密度为20 A/cm2，发射面积为100 cm2，发射总电流为2 kA。首先对该热阴极单阳极电子枪进行仿真研究，在确保不打火的情况下获得电子枪优化设计参数，再对整管进行粒子模拟研究，仿真结果表明,在工作频率为10.5 GHz时，该热阴极返波管的输出功率可以达到290 MW，换能效率为29%。
返波管 高功率微波源 热阴极 色散关系 backward-wave oscillator high power microwave source hot-cathode dispersion relationship 强激光与粒子束
2014, 26(6): 063102
基于碳纳米管冷阴极实验测试结果，采用三维粒子模拟软件对大面积碳纳米管冷阴极的场致发射特性进行了仿真，研究了栅网结构不同尺寸对碳纳米管冷阴极场致发射特性及电子注通过率的影响，并在此基础上设计出面积压缩比为18，输出电流密度为14.9 A/cm2的带状注电子枪。为进一步研制碳纳米管冷阴极电子光学系统和相关微波、毫米波电真空辐射源器件提供了技术基础。
碳纳米管 电子枪 冷阴极 带状电子注 carbon nanotube electron gun cold cathode sheet beam 强激光与粒子束
2014, 26(6): 063023
1 电子科技大学 物理电子学院, 四川 成都 610054
2 中山大学 光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
为发展场致发射冷阴极毫米波电真空辐射源器件, 对利用大面积碳纳米管冷阴极产生大电流、高电流密度电子注的电子光学系统进行了研究.通过在Pierce电子枪阴极表面引入栅网结构, 解决了碳纳米管冷阴极场致发射所需的强电场和电子聚束问题.在碳纳米管冷阴极实验测试数据的基础上, 采用粒子模拟软件对上述电子光学系统进行了仿真.研究了栅网对注电流、注腰半径和电子注散射的影响, 分析了阳极电压和外加轴向磁场对电子注的聚束作用.优化后的仿真结果表明在阴极发射面为3.03 cm2时, 该电子光学系统能够产生210 mA、60 kV, 电流密度为6.7 A/cm2, 最大注半径为1mm的电子注.
Pierce电子枪 碳纳米管 冷阴极 场致发射 Pierce electron gun carbon nanotubes cold cathodes field emission
电子科技大学 物理电子学院 太赫兹科学技术研究中心， 成都 610054
基于会切磁场的理论模型，采用粒子模拟软件对0.6 THz三次谐波的太赫兹回旋管所需的大回旋电子光学系统进行研究。通过大量的模拟计算，分析讨论了不同参数对电子注的横向速度离散、纵向速度离散及横纵速度比的影响，优化了电子光学系统的性能参量，得到符合设计要求且具有工程实际应用的电子枪，该电子枪能够产生55 kV，1 A，横向速度离散为3.39%、纵向速度离散为7.10%、横纵速度比为1.53的大回旋电子注。
大回旋电子枪 太赫兹 回旋管 高次谐波 large orbit electron gun terahertz gyrotron high harmonic
电子科技大学 太赫兹科学技术研究中心, 四川 成都 610054
为了发展大功率、实用性强的太赫兹辐射源，文中对太赫兹回旋管中多个二次谐波工作模式的注波互作用进行了理论和实验研究，分析不同参数下多个二次谐波工作模式单模振荡的条件.实验研究结果表明, 在二次谐波工作状态下, 通过调节工作磁场、电流等参数，在单管中实现了四个不同频率0.391、0.404、0.416、0423 THz，千瓦级以上输出功率的太赫兹波辐射.
回旋管 太赫兹 高次谐波 模式竞争 gyrotron terahertz high-harmonic mode competition
电子科技大学 太赫兹科学技术研究中心,四川 成都 610054
为了发展大功率高效率太赫兹辐射源,对小回旋电子注激励三次谐波太赫兹电子回旋脉塞进行了研究，分析了不同参数情况下的模式竞争.研究结果表明,采用近轴小回旋电子注能够实现三次谐波单模振荡.在此基础上设计了一只0.52 THz、TE37模三次谐波回旋管，数值计算表明,该回旋管在工作磁场为6.98 T下输出功率可以达到3.7 kW.对产生近轴小回旋电子注的高磁压缩比磁控注入式电子光学系统进行的粒子模拟研究结果表明,该电子枪能够产生满足实验要求的65 kV/2.5 A，横纵速度比为1.24，引导中心半径0.35 mm的小回旋电子注，其纵向速度离散6.6%，横向速度离散6.1%.
回旋管 太赫兹 高次谐波 模式竞争 gyrotron terahertz high-harmonic mode competition
1 电子科技大学 物理电子学院,成都 610054
2 电子科技大学 中山学院,广东 中山 528402
根据耦合波理论,推导出轴对称渐变波导中,考虑波导壁损耗时的多模传输时域耦合波方程组,并给出该方程组中各模式间耦合系数的具体表达式。据此编写了渐变波导中多模传输特性数值模拟程序。利用该程序计算了在THz波段圆波导中的模式衰减,在THz波段研究波导中的多模传输特性时,必须考虑波导壁的阻抗损耗影响。数值分析了直波导中的模式耦合问题,从而证实了波导壁有限电导率能产生模式耦合这一耦合机制。介绍了利用该程序数值分析波导耦合器和过渡器中多模传输特性的两个例子,利用该程序可对波导耦合器和过渡器中的多模传输特性进行数值模拟分析,进而对结构进行设计和优化。
太赫兹 渐变波导 传输特性 耦合波方程 阻抗边界 耦合器 过渡器 Terahertz tapering circular waveguide transmission property coupling wave equation impedance boundary waveguide couplers waveguide transitions
