太赫兹光子带隙双模级联行波管的研究

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61401427
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0122.物理电子学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Traveling wave tubes are facing large transmission loss and low intrinsic interaction efficiency problem in development to the terahertz frequency. The key to solving this problem lies in an exploration of a high frequency circuit based on a new interaction mechanism. Operating at a higher order mode, can increase the transverse circuit size of high frequency circuit, improve the power capacity, but will bring very serious problem of the mode competition. Another disadvantage of operating at a higher order mode is the coupling impedance is not high, and the interaction efficiency is low. In order to solve the problems above, a novel cascade interaction mechanism is proposed, which can be summarized as the modulation and demodulation of an electron beam by interaction with two separated Slow Wave Structures (SWSs). The first SWS working at lower mode modulates the beam current at some extent with the input RF signal. The resulting velocity modulation is then converted into a longitudinal density modulation as the electron beam traverses a drift space. In the second SWS, whose operating mode is higher mode, and the microbunched current is reinforced by the interaction with SWS, and a stronger amplification is established. The operation mode of the pre bunching and radiation sections are selected by loading Photonic Band Gap Structures (PBGs).. The band gap properties of photonic crystals are to be analyzed. A theoretical analysis model and simulation model of photonic crystal slow-wave structure will be fond. An interaction theories and simulations of photonic crystal slow wave structure will to be researched, to reveal the physical mechanism of mode competition. A novel property of interaction in a dual-mode cascade photonic crystals circuit will to be researched. As the certification, this project will design a 0.22THz photonic band gap dual-mode cascade Traveling Wave Tube. This project has the potential to solve the problem of low efficiency and small transverse dimension in THz wave interaction tube, improve the output power of a THz TWT, and promote the process of its practical use..
行波管在向太赫兹频段的发展中将面临传输损耗大、电子注和波互作用效率低的问题,解决这个难题的关键在于探索一种基于新型互作用机制的高频电路。若采用高次模式工作,可增大互作用电路的横向尺寸,提高功率容量,但将带来十分严重的模式竞争问题。采用高次模式工作的另一个缺点是:耦合阻抗的绝对值不大,互作用效率通常较低。为了解决上述难题,本项目提出一种预群聚段和辐射段采用采用光子带隙加载选择不同工作模式的互作用电路。分析光子晶体的禁带特性,建立光子带隙加载慢波结构的理论分析模型和仿真模型;研究光子晶体慢波结构中非线性互作用理论与模拟,揭示模式竞争的物理机制;研究双模级联光子晶体互作用的新特性。作为对理论的验证,本项目将设计一支0.22THz光子带隙双模级联行波管。本项目有可能解决太赫兹行波管所面临的互作用效率低、横向尺寸小的问题,推动太赫兹行波管向更大功率发展,促进其实用化进程。

结项摘要

行波管在向太赫兹频段的发展中将面临传输损耗大、电子注和波互作用效率低的问题,解决这个难题的关键在于探索一种基于新型互作用机制的高频电路。若采用高次模式工作,可增大互作用电路的横向尺寸,提高功率容量,但将带来十分严重的模式竞争问题。采用高次模式工作的另一个缺点是:耦合阻抗的绝对值不大,互作用效率通常较低。为了解决上述难题,本项目提出一种预群聚段和辐射段采用不同工作模式同时采用光子带隙加载的互作用电路。分析光子晶体的禁带特性,建立光子带隙加载慢波结构的理论分析模型和仿真模型;研究光子晶体慢波结构中非线性互作用理论与模拟,揭示模式竞争的物理机制,分析单模稳定工作的条件;研究双模组合的模式选择方法。作为对理论的验证,本项目将设计一支0.22THz光子带隙双模级联行波管。围绕课题目标,首先对二维金属和介质光子晶体的带结构进行理论分析,然后对矩形单栅、矩形双栅和交错双栅慢波结构的冷特性进行数值仿真,并对光子晶体折叠波导慢波结构进行仿真计算,最后对太赫兹光子晶体折叠波导行波管的高频系统进行初步设计,得到中心频率225GHz,输出功率5.48W,增益大于30dB的结果。采用光子晶体双模级联这种新型互作用电路,可以克服发展太赫兹的技术难题,提高太赫兹行波管的输出功率,推动太赫兹行波管在卫星通信、高分辨率雷达成像、精确制导等方面的应用进程。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(3)
Application of transfer matrix method to calculating the effect of multiple internal reflections on the small signal gain ripple of TWT
应用传递矩阵法计算多次内反射对行波管小信号增益纹波的影响
  • DOI:
    10.7498/aps.65.128401
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Yi Hong-Xia;Xiao Liu;Su Xiao-Bao
  • 通讯作者:
    Su Xiao-Bao
太赫兹波段光子晶体矩形栅慢波结构的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔俊婷;易红霞;黄明光
  • 通讯作者:
    黄明光
传输矩阵法在行波管内部反射引起的增益波动计算中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    易红霞;肖刘;苏小保
  • 通讯作者:
    苏小保
三级级联光子晶体曲折波导慢波系统的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔俊婷;易红霞;黄明光
  • 通讯作者:
    黄明光
共 4 条
  • 1
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其他文献

基于可回收能力的空间行波管高效率研究
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    易红霞;刘濮鲲;肖刘
  • 通讯作者:
    肖刘
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    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    强激光与粒子束
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  • 作者:
    李飞;肖刘;刘濮鲲;易红霞
  • 通讯作者:
    易红霞
同心球之间空间电荷限制电流的简单理论
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    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
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  • 作者:
    李飞;肖刘;刘濮鲲;易红霞;万晓声
  • 通讯作者:
    万晓声
基于电子注可回收能力的空间行波管慢波结构的优化设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    易红霞;肖刘;刘濮鲲;郝保良;李飞;李国超
  • 通讯作者:
    李国超
负-正相速跳变慢波结构行波管的小信号理论辅助分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    易红霞;刘濮鲲;肖刘;郝保良;李飞
  • 通讯作者:
    李飞
共 7 条
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