基于自聚焦的赝火花多带状电子注高阶过模太赫兹返波管关键技术研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61901277
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.5万
  • 负责人：
    舒国响
  • 依托单位：
    深圳大学
  • 学科分类：
    F0122.物理电子学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In order to overcome the technical problems restricting the output of high power for traditional terahertz vacuum electronic devices, such as low power capacity, small current participating in the beam wave interaction, and large difficulties of the focusing of the electron beam with high transmission rate, a high order overmoded terahertz backward wave oscillator based on self-focused pseudospark-sourced sheet electron beams is proposed. It is a competitive terahertz radiation source with high power. Stable operation of the high order mode, the self-focusing of the pseudospark-sourced multiple electron beams and the beam-wave interaction in a plasma environment are the key problems urgently needed to be solved. This project will study the mode competition mechanism and high-order mode coupling output mechanism. To build a physical model of a high-order overmoded high-frequency system with stable operation, it is proposed to destruct the electric field distribution by loading metal structures, thus suppressing the low-order mode, and to extract the high-order mode by adopting a structure with power coupling function and mode transformation characteristics. And the experimental verification will be carried out. In order to clarify the self-focusing mechanism of the pseudospark-sourced multiple electron beams and the beam wave interaction mechanism under the plasma environment, the self-focusing phenomenon and the beam-wave interaction characteristics will be studied by making the plasma be equivalent to a dispersive dielectric or ionizing the inert gas with low pressure in the simulation model. This project will explore this high-power terahertz source with good development prospects, achieving theoretical foundation and technical reserve for the future research of this device.
为了克服传统太赫兹电真空器件功率容量低、参与注波互作用电流小、高流通率电子注聚焦难等制约大功率输出的技术难题，创新性地提出了一种基于赝火花放电的等离子体自聚焦多带状电子注高阶过模返波管，它是一种有竞争力的大功率太赫兹源。高阶模的单模稳定工作、等离子体环境下的赝火花带状多注自聚焦和注波互作用是该管亟需解决的关键问题。本项目将对模式竞争机理和高阶模耦合输出机理进行研究。提出通过金属结构破坏电场分布来抑制低阶模，利用兼具功率耦合和模式变换特性的结构来输出高阶模，以构建稳定工作的高阶过模高频系统物理模型，并进行实验验证。通过将等离子体等效为色散介质、在仿真模型中电离低压惰性气体等方法，对等离子体环境下的自聚焦现象和注波互作用特性进行理论研究和模拟仿真，以阐明等离子体环境下的赝火花带状多注自聚焦机理和注波互作用机理。本项目将探索这种具有发展前景的大功率太赫兹源，为器件研发奠定理论基础和技术储备。

结项摘要

太赫兹技术在高精度雷达、高数据率通信和电子对抗等诸多军民应用领域有着广泛的应用前景。大功率太赫兹源的匮乏是制约太赫兹技术发展的瓶颈技术之一。本项目提出了一种基于赝火花放电的等离子体自聚焦带状多电子注的高阶过模返波管。对高阶过模返波管的关键零部件，包括输出窗、功率耦合结构、模式变换器、慢波结构等，展开了理论分析、仿真设计、微加工制造、实验测试验证。提出了3款新型的高阶过模功率耦合结构和2款新型的高阶过模平面慢波结构（高阶过模交错栅、高阶过模正交栅），能够实现高阶过模带状多注器件的功率耦合及稳定注波互作用（竞争模有效被抑制）。各个零部件的冷腔测试实验证实了设计方案的可行性。对赝火花电子注等离子体效应展开了理论研究。理论推导了赝火花电子注等离子体等效介质的复介电常数，并将其应用于高频系统电磁特性（色散特性、传输反射特性）及注波互作用特性（输出功率、频率等）的分析。研究表明：相比于真空填充的返波管，等离子体填充的返波管输出功率将略微下降，谐振频率将略微提升，且带宽将略微扩宽。开展了赝火花放电的实验测试，测得了电压电流曲线，电子注峰值电流达15A。本项目设计的两款高阶过模带状双注返波管分别在12.3GHz （225-237.3GHz）/12.8 GHz (224.0-236.8 GHz)可调谐频带内输出了>100.1W/>154.9W功率。本项目的开展为赝火花电子注器件及高阶过模带状多注器件的研发奠定了理论基础和技术储备。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（6）
专利数量（3）
Wideband Rectangular TE10 to TEn0 Mode Converters for Terahertz-Band High-Order Overmoded Planar Slow-Wave Structures
适用于太赫兹频带高阶过模平面慢波结构的宽带矩形 TE 到 TEn0 模式转换器
  • DOI：
    10.1109/ted.2020.2968167
  • 发表时间：
    2020-03-01
  • 期刊：
    IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    Shu, Guoxiang;Cai, Zhirong;He, Wenlong
  • 通讯作者：
    He, Wenlong
Design and Measurement of a Terahertz Band Rectangular TE20 Mode Power Coupling Structure for High-Order Overmoded Multiple Sheet Electron Beam Devices
高阶过调制多片电子束器件太赫兹波段矩形 TE20 模式功率耦合结构的设计与测量
  • DOI：
    10.1109/led.2020.2991550
  • 发表时间：
    2020-06
  • 期刊：
    IEEE Electron Device Letters
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Guoxiang Shu;Junzhe Deng;Zhijie Huang;Lijian Chen;Jujian Lin;Binbin Hong;Wenlong He
  • 通讯作者：
    Wenlong He
Design and Measurement of an H-Band Rectangular TE10 to TE20 Mode Converter
H 波段矩形 TE10 至 TE20 模式转换器的设计和测量
  • DOI：
    10.1109/access.2020.2974819
  • 发表时间：
    2020-01-01
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Shu, Guoxiang;Qian, Zhengfang;He, Wenlong
  • 通讯作者：
    He, Wenlong
Design, Microfabrication, and Characterization of a Subterahertz-Band High-Order Overmoded Double-Staggered Grating Waveguide for Multiple-Sheet Electron Beam Devices
用于多片电子束器件的亚赫兹波段高阶过模双交错光栅波导的设计、微加工和表征
  • DOI：
    10.1109/ted.2021.3075417
  • 发表时间：
    2021-06
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Electron Devices
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    Guoxiang Shu;Guo Liu;Zhengfang Qian;Wenlong He
  • 通讯作者：
    Wenlong He
Design and Measurement of Terahertz-Band Rectangular TE10 to Circular TEn1 /TE0p/TE1q Mode Converters
太赫兹波段矩形 TE10 到圆形 TEn1 /TE0p/TE1q 模式转换器的设计和测量
  • DOI：
    10.1109/tmtt.2022.3161957
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques
  • 影响因子：
    4.3
  • 作者：
    Guoxiang Shu;Jingcong He;Jiacai Liao;Junchen Ren;Haoxiang Mai;Jujian Lin;Guangxin Lin;Qi Li;Bentian Liu;Guo Liu;Cunjun Ruan;Wenlong He
  • 通讯作者：
    Wenlong He

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其他文献

太赫兹与水的相互作用:机理、应用和新趋势
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    深圳大学学报(理工版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    范姝婷;马莹玉;舒国响;钱正芳
  • 通讯作者：
    钱正芳

其他文献

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舒国响的其他基金

基于高阶双模和带状多注的大功率宽频带太赫兹行波管关键技术研究
  • 批准号：
    62371307
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    49 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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