首页> 正文

太赫兹大功率慢波结构的设计与制造

2020-12-08阅读(109)

太赫兹大功率慢波结构的设计与制造

论文摘要

随着数据传输速率的飞速提升,传统的微波信号已经无法适应大量数据高速传播的要求。太赫兹波凭借其带宽长、方向精确和安全性高等特点,已经成为各国无线通信研究的热点。虽然太赫兹技术具有独特的优势和广阔的应用前景,但从某种角度说,很难对其产生与传播加以控制。大功率真空微电子器件是实现太赫兹辐射源的关键技术之一。特别地,基于折叠波导慢波结构的行波管是目前最具研究前景的真空微电子器件。作为行波管的核心组成部分,折叠波导慢波结构具有功率高、频带宽、结构牢固等多种优势,是诸多学者研究的焦点。本文以行波管慢波结构为研究对象,以实用性和创新性为目标,对传统的折叠波导和新型结构加载的折叠波导进行理论研究和实际加工。主要工作有:从传输线原理入手,利用等效电路法分析折叠波导的不连续界面。研究折叠波导的高频特性,推导其表达式,并用MATLAB软件计算220GHz折叠波导的色散特性与耦合阻抗值。用电磁场仿真软件HFSS进行仿真,仿真值与计算值有着相同的变化趋势,偏差不超过2%,从而证实了等效电路法的可靠性,为新型慢波结构的设计奠定基础。分析各种新型慢波结构的特征与加工的可行性,H面脊加载折叠波导既能有效提高太赫兹行波管的功率增益,又能与UV-LIGA工艺相兼容,是最具前景的太赫兹慢波结构。优化设计了一支工作频率在340GHz大气窗口附近的H面脊加载折叠波导,设计的结构在中心频率附近有良好的色散特性,耦合阻抗值从加载前的5.5?提高到9?。用CST软件进行注-波互作用仿真,得到折叠波导行波管的功率增益为30.5dB,单位长度增益约为1.173dB/mm,3dB带宽从335GHz到345GHz,饱和输出功率超过50W,最大电子效率约为6.0%,这些性能都具有一定的优越性与新颖性。UV-LIGA工艺结合SU-8胶技术既可以实现高深宽比结构的加工,又能保证较高的表面质量,所以采用该方法加工H面脊加载折叠波导。分析讨论了UV-LIGA加工过程中的重点与难点,探索出完整的慢波结构的加工方案。对利用UV-LIGA技术加工其它新型慢波结构的可能性进行尝试和探索。利用矢量网络分析仪,对340GHz的H面脊加载折叠波导进行S参数的测试。脊加载折叠波导的中心频率在342GHz附近,波导的回波损耗低于-10dB,最低可达-37dB;波导插入损耗的绝对值小于2dB,最小可达0.5dB。从测试结果可见,设计加工的慢波结构具有良好的传输性能,这证明了设计的正确性和UV-LIGA工艺加工的精确度。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 太赫兹技术与真空电子器件
  •     1.1.1 太赫兹技术概述
  •     1.1.2 真空微波电子器件介绍
  •   1.2 高频结构与慢波系统
  •     1.2.1 螺旋线慢波系统
  •     1.2.2 耦合腔慢波系统
  •     1.2.3 其他新型慢波系统
  •   1.3 折叠波导的研究现状
  •   1.4 本文的研究意义与工作内容
  • 第二章 折叠波导的理论基础
  •   2.1 折叠波导不连续界面特性
  •   2.2 折叠波导等效微波网络分析
  •     2.2.1 电容膜片与电感膜片
  •     2.2.2 E面阶梯与H面阶梯
  •     2.2.3 矩形波导E面弯曲
  •     2.2.4 矩形波导横向壁上的小孔
  •     2.2.5 折叠波导等效电路模型
  •   2.3 折叠波导高频特性参数
  •     2.3.1 色散特性
  •     2.3.2 耦合阻抗
  •     2.3.3 计算机仿真计算
  •   2.4 慢波结构的衰减系数与注-波互作用理论
  •     2.4.1 折叠波导衰减系数
  •     2.4.2 注-波互作用理论
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 H面脊加载折叠波导的设计与仿真
  •   3.1 新型的折叠波导结构
  •     3.1.1 曲折双脊折叠波导
  •     3.1.2 E面脊加载折叠波导
  •     3.1.3 H面脊加载折叠波导
  •     3.1.4 槽加载折叠波导
  •     3.1.5 正弦线折叠波导
  •   3.2 H面脊加载折叠波导理论设计
  •     3.2.1 等效微波网络
  •     3.2.2 色散特性
  •     3.2.3 耦合阻抗
  •   3.3 H面脊加载折叠波导S参数仿真
  •   3.4 H面脊加载折叠波导注-波互作用仿真
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 慢波结构的加工与测试
  •   4.1 传统微加工工艺的比较
  •     4.1.1 电火花加工
  •     4.1.2 深反应离子刻蚀
  •     4.1.3 LIGA工艺
  •     4.1.4 UV-LIGA工艺
  •   4.2 基于UV-LIGA的慢波结构加工
  •     4.2.1 UV-LIGA工艺流程
  •     4.2.2 UV-LIGA工艺细节
  •   4.3 其他新型结构的加工探索
  •   4.4 折叠波导慢波结构的测试
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 研究内容与结论
  •   5.2 下一步研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表（或录用）的学术成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 姚磊

    导师: 姚锦元

    关键词: 太赫兹技术,行波管,折叠波导,加工,传输特性

    来源: 上海交通大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

    单位: 上海交通大学

    分类号: O441.4;TN12

    DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.002361

    总页数: 88

    文件大小: 4678K

    下载量: 30

    相关论文文献

    • [1].周期性慢波结构的微带线威尔金森功分器[J]. 电子技术应用 2017(02)
    • [2].太赫兹段慢波结构的微细加工技术研究新进展[J]. 机械工程学报 2019(07)
    • [3].新型高增益太赫兹折叠波导慢波结构[J]. 强激光与粒子束 2018(09)
    • [4].O型契伦柯夫器件慢波结构高频特性[J]. 强激光与粒子束 2014(06)
    • [5].新型径向高功率毫米波慢波结构研究[J]. 硅谷 2013(12)
    • [6].太赫兹波段光子晶体矩形栅慢波结构的研究[J]. 真空科学与技术学报 2016(12)
    • [7].交错双栅慢波结构的等效电路法研究[J]. 真空科学与技术学报 2017(05)
    • [8].双梳慢波结构特性研究[J]. 微波学报 2014(S1)
    • [9].一种快速分析周期性慢波结构色散特性的方法[J]. 吉首大学学报(自然科学版) 2012(03)
    • [10].同轴内导体盘荷慢波结构注波互作用机理研究[J]. 信息与电子工程 2009(03)
    • [11].太赫兹波段光子晶体矩形栅慢波结构的对比研究[J]. 微波学报 2016(S2)
    • [12].V波段介质加载梯形慢波结构研究[J]. 现代电子技术 2011(23)
    • [13].梯形慢波结构的研究[J]. 微波学报 2010(S1)
    • [14].短毫米波折叠波导慢波结构精密加工技术[J]. 真空电子技术 2009(01)
    • [15].大直径波纹内导体同轴慢波结构特性的研究[J]. 电子学报 2008(03)
    • [16].V波段三维数值模拟研究介质加载梯形慢波结构[J]. 大众科技 2012(02)
    • [17].梯形波纹同轴慢波结构色散特性及其纵向谐振特性(英文)[J]. 强激光与粒子束 2009(12)
    • [18].220GHz折叠波导行波管慢波结构的损耗研究[J]. 太赫兹科学与电子信息学报 2015(05)
    • [19].阶梯槽交错双栅慢波结构高频特性理论和模拟[J]. 物理学报 2014(01)
    • [20].V波段微带线行波管慢波结构的设计[J]. 真空电子技术 2014(02)
    • [21].低磁场过模慢波结构型高功率毫米波发生器的改进[J]. 强激光与粒子束 2011(11)
    • [22].同轴周期慢波结构色散特性的通用数值解法[J]. 强激光与粒子束 2009(08)
    • [23].三种同轴双波纹周期慢波结构对比研究[J]. 物理学报 2010(04)
    • [24].W波段带状注耦合腔慢波结构行波管的设计与冷测（英文）[J]. 红外与毫米波学报 2020(02)
    • [25].双注多翼片加载的角向夹持角度对数曲折线慢波结构（英文）[J]. 红外与毫米波学报 2019(04)
    • [26].0.41THz折叠波导慢波结构分析与设计[J]. 太赫兹科学与电子信息学报 2014(06)
    • [27].太赫兹折叠波导慢波结构的设计与微加工(英文)[J]. 红外与毫米波学报 2014(01)
    • [28].W波段梯形慢波结构返波管的研究[J]. 真空电子技术 2014(02)
    • [29].太赫兹折叠波导慢波结构S参数特性[J]. 强激光与粒子束 2013(04)
    • [30].短毫米波单交错梯形慢波结构高频特性的研究[J]. 电脑与信息技术 2012(05)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    太赫兹大功率慢波结构的设计与制造
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕论降 版权所有 鄂ICP备12018319号-6