回聲增強高次諧波太赫茲倍頻行波管

《回聲增強高次諧波太赫茲倍頻行波管》是依託電子科技大學,由鞏華榮擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：回聲增強高次諧波太赫茲倍頻行波管
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鞏華榮

項目摘要

太赫茲技術發展的主要瓶頸之一是缺乏大功率、小型化的信號源。課題將加速器和自由電子雷射中的回聲增強效應套用於行波管，提出一種新型大功率小型化太赫茲源：回聲增強高次諧波倍頻行波管。 這種器件的特點是電子束流分別經兩次輸入信號調製，在相空間產生摺疊、旋轉，形成一系列子群聚束團，使得特定高次諧波電流得到增強，同時其他諧波被抑制。 器件由成熟的毫米波信號源驅動，經諧波電流激勵起太赫茲波並放大，輸出調諧範圍寬，且不受束電壓波動影響，頻率穩定性好，功率容量大，製作工藝與普通行波管兼容。 課題以非相對論電子束流的回聲增強高次諧波產生機理及其在太赫茲波倍頻行波管中的套用為研究目標，通過三維大信號分析與粒子模擬，揭示高次諧波產生、增強與選擇機理和熱初速、空間電荷效應和聚焦磁場等因素對諧波電流的影響；提出提高器件電子效率的方法、設計器件並進行制管實驗驗證，為研製新型太赫茲波段小型化大功率源奠定基礎。

結題摘要

太赫茲技術發展的主要瓶頸之一是缺乏大功率、小型化的信號源。項目提出一種新型的大功率小型化太赫茲源，回聲增強高次諧波太倍頻赫茲源，這種器件可由成熟的毫米波信號源驅動，得到太赫茲波段的大功率信號輸出，並具有結構緊湊、工作穩定的優點，有望解決上述小型化大功率太赫茲源缺乏的問題。 項目建立了回聲增強高次諧波摺疊波導行波管三維大信號分析模型，模型考慮了熱初速、散粒噪聲、空間電荷效應等影響，可以得到更精準的計算結果，據此模型編制了計算機分析軟體，可以有效的到器件的輸出功率、增益、效率等各項參量。建立了高次諧波行波管粒子模擬模型，通過計算，揭示了電子束摺疊、旋轉的機理，提出了操控非相對論電子束流的有效方法，研究了輸入信號調製、束流群聚、諧波激勵和放大的物理過程並得到其物理圖像，並研究了熱初速、散粒噪聲、空間電荷效應對電子束傳輸和電磁波激勵的影響。 完成了高次諧波短毫米波與太赫茲波行波管的分析與設計，提出了電子束調製、漂移群聚、諧波激勵各部分的設計理論，給出了高次諧波倍頻行波管的設計方案，提出一種新型的級聯高次諧波器件並完成了設計，克服了諧波倍頻器件效率低的問題。 研製出百瓦級低波段（Q波段）摺疊波導行波管與瓦級高波段（D波段）摺疊波導行波管，詳細研究了摺疊波導慢波結構深度調製與頻寬拓展的最佳化設計以及漂移段長度對群聚參量的影響，完成了電子束完成了器件的電子槍與周期永磁聚焦系統、匹配衰減器、過渡波導和輸能窗等關鍵部件的研發，在此基礎上，設計、加工、組裝成功短毫米波3次諧波倍頻，器件由Q波段信號輸入，得到D波段輸出，功率300-500毫瓦，高次諧波的放大機理成功得到了實驗驗證，所研究成果在倫敦國際真空電子學會議上作了口頭報告，得到與會專家好評，並作為優秀論文，推薦到IEEE Transaction on Electron Device上發表。為小型化的太赫茲源研究開闢了新的道路。