北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家重点实验室, 北京 100015
短毫米波及太赫兹行波管具有宽频宽、大功率、高效率等优点, 在高分辨成像、高速通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。分析和评述了国内外研究单位的研制水平, 以及作者近年来研发的行波管, 频率覆盖 E波段、W波段、G波段和 Y波段等多个频段。为进一步提升毫米波及太赫兹行波管输出功率, 在新型折叠波导慢波结构、相速再同步技术、周期聚焦磁场 (PCM)聚焦带状电子注、多注集成等方向开展了分析与实验研究, 为器件的性能提升和应用推进提供技术支持。
毫米波 太赫兹 行波管 折叠波导 真空电子放大器 millimeter wave terahertz Traveling Wave Tubes Folding Waveguides vacuum electronic amplifier 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 507
北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家重点实验室, 北京 100015
为分析折叠波导行波管互作用电路切断位置的功率和频谱特性, 提出并研制出一只四端口 W波段脉冲行波管。对该行波管频带内互作用电路的 S参数、切断处功率和对应频谱特性进行测试, 分析表明: 端口 2(输入段的切断)的功率幅值主要取决于饱和状态下行波管的输入功率, 与输入段增益不成正比关系分布; 端口 3(输出段切断)功率主要取决于端口匹配性能, 其数值计算功率和测试数据吻合良好。本文研究为毫米波及太赫兹行波管切断设计提供了一种有效方法。
行波管 切断位置 折叠波导 W波段 Traveling Wave Tube sever region Folded Waveguide W-band 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1211
中国电子科技集团公司第十二研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
详细研究了利用紫外-光刻、电铸(UV-LIGA)技术制作全铜结构折叠波导各个阶段中氢气退火工艺对实验的影响。氢气退火工艺主要用于两个阶段: 第一阶段为对铜基板的烧氢处理 (前期), 第二阶段为实现金属结构后对基板和铸层整体的烧氢处理(后期)。实验发现, 前期氢气退火除清洁基板、降低内应力外, 还能发生晶界迁移, 使晶粒在高温下生长趋于稳定, 利于生长与之结合更紧密的电铸层。但该处理需提前至基板抛光之前, 否则会导致平整度变差。后期氢气退火除检测全铜结构能否经受高温焊接外, 还有助于进一步去除光刻胶, 并促进基板和铸层在高温下生长为结合紧密的共同体。
氢气退火 紫外-光刻、电铸技术 慢波结构 折叠波导 hydrogen annealing Ultraviolet-Lithographie Galvanoformung Abformung slow wave structure folded waveguide 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1198
中国电子科技集团公司第十二研究所, 北京 100015
针对高波段空间行波管的卫星通信应用需求, 介绍了 E波段连续波空间行波管的研制情况。该行波管通过进一步优化折叠波导慢波结构参数和调整周期跳变方案, 实现改善带内增益波动性、提高效率的目的。研制出的样管在 14.7 kV、74 mA条件下, 实现电子注动态流通率高于 98%, 在 71~76 GHz范围内, 输出功率大于 85 W, 总效率大于 37%, 增益大于 40 dB。
E波段 折叠波导 连续波 空间行波管 E-band Folded Waveguide Continuous Wave space Traveling Wave Tube 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1194
强激光与粒子束
2021, 33(5): 053004
北京真空电子技术研究所 微波电真空器件国家级重点实验室，北京 100015
针对G波段真空电子器件对大功率、宽频带信号源的需求，开展了G波段三次谐波放大器研究。该放大器利用E波段行波管非线性互作用中的三次谐波电流，通过级联谐波互作用段实现G波段电磁波放大。高性能、实用化G波段宽频带大功率源的设计方案采用非半圆弯曲波导边界折叠波导，利用微波管模拟器套装（MTSS）软件对G波段三次谐波放大器进行模拟优化，结果显示，器件在15 GHz范围内可实现谐波输出功率＞3.6 W，转换增益＞33.3 dB，电子效率＞0.36%。与其他工作在该频段的小型化太赫兹辐射源相比，谐波放大器在输出功率和带宽方面性能优越，为后续开展G波段三次谐波放大器的实际研制工作提供了设计基础。
太赫兹 三次谐波 折叠波导 大功率 宽频带 terahertz third harmonic folded waveguide high-power wide-band 强激光与粒子束
2021, 33(3): 033002
北京真空电子技术研究所 微波电真空器件国家级重点实验室，北京 100015
为进一步提升毫米波折叠波导行波管的输出功率，通过整体加工的工艺方法，将折叠波导慢波结构和周期永磁聚焦系统在母材上同时加工，形成一种集成极靴结构。基于圆形注电子光学系统，设计了E波段折叠波导行波管的集成极靴结构。利用三维电磁场模拟软件(CST)的微波工作室，设计并模拟了慢波结构的冷特性参数，并根据慢波结构尺寸设计周期永磁聚焦系统。通过电磁工作环境仿真软件(OPERA)对磁场进行仿真验证，最终整管粒子数值模拟(PIC)计算结果表明，在61~71?GHz频带内可获得大于1?kW的饱和输出功率。该集成极靴结构在提供强轴向磁场的同时，具有结构紧凑、散热性好等优点。
E波段 折叠波导 集成极靴 行波管 E-band Folded Waveguide integrated pole piece Traveling Wave Tube 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 1025
National Key Laboratory of Science and Technology on Vacuum Electronics, Beijing Vacuum Electronics Research Institute, Beijing0005, China
提出了一种适用于850 GHz太赫兹波成像系统的可调谐再生反馈振荡器。使用UV-LIGA微加工工艺制作慢波结构，可满足折叠波导在太赫兹频段的尺寸需求。使用CST微波工作室对折叠波导色散特性进行设计，同时针对于行波管和再生反馈振荡器中折叠波导的结构，阐明了影响频率调谐的因素。此外，对带衰减的反馈回路进行仿真模拟，并使用三维粒子模拟验证了整体设计。改变电子注电压可实现振荡频率可调，振荡从单频状态逐渐变为多频状态，整体输出功率均大于200 mW。
再生反馈振荡器 太赫兹 折叠波导 PIC模拟 regenerative feedback oscillator terahertz folded waveguide PIC solver
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621999
随着太赫兹通信技术的发展, 对于0.14 THz折叠波导行波管(FWTWT)的研究需求向着更高的功率和更宽的带宽发展。对双注行波管中的双路折叠波导慢波电路进行分析, 得到不同参数下的高频特性变化规律。并对双路折叠波导慢波电路的功率分配和功率合成效率进行分析计算, 得到功率合成效率96.3%。最后对双路慢波电路、功率分配/合成器和集中衰减器进行建模, 并对注波互作用进行计算。在高压15 kV和单注电子的发射电流为40 mA条件下, 得到0.14 THz频率下的合成输出功率为56 W, 增益为31.4 dB, 3 dB带宽为7 GHz。
双注行波管 双路折叠波导慢波电路 功率分配/合成器 注波互作用计算 two-beam traveling wave tubes two circuits folded waveguide slow wave structure the power divider and the power combiner interaction calculation 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(1): 10
强激光与粒子束
2019, 31(12): 123101
