大功率毫米波與太赫茲波信號倍頻裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種大功率毫米波與太赫茲波信號倍頻裝置，包括低頻段慢波結(jié)構(gòu)、高頻段慢波結(jié)構(gòu)和漂移管，漂移管連接在低頻段慢波結(jié)構(gòu)和高頻段慢波結(jié)構(gòu)之間。低頻段毫米波或者太赫茲波與電子束在低頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)互作用，產(chǎn)生速度調(diào)制，電子束在漂移管區(qū)產(chǎn)生電子群聚，產(chǎn)生密度調(diào)制，群聚的電子束攜帶信號在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵起高頻率的電磁波并被放大。本發(fā)明專利技術(shù)能夠獲得穩(wěn)定的高頻段毫米波和高頻太赫茲波信號，同時具有成本低的特點。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
大功率暈米波與太赫茲波信號倍頻裝置
本專利技術(shù)屬于微波真空管件
，具體的說涉及一種大功率毫米波與太赫茲波信號倍頻裝置。
技術(shù)介紹
太赫茲或毫米波頻段(300GHz 3000GHz)的電磁波在通信，宇航，安全，醫(yī)學(xué)成像，生物化學(xué)以及制造等行業(yè)中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。如何得到穩(wěn)定可靠，高效高能， 以及相對成本并不高昂的太赫茲輻射源，一直是太赫茲領(lǐng)域中熱門的話題之一。由于目前對于太赫茲輻射源的相對匱乏，電真空器件又重新得到了前所未有的重視和發(fā)展。作為微波電真空領(lǐng)域中最主要的器件之一的行波管，一直在雷達通信和電子戰(zhàn)中發(fā)揮著重要的作用，并且在不斷發(fā)展著。而近年來，以折疊波導(dǎo)作為慢波結(jié)構(gòu)的行波管再生反饋振蕩器被提出，并且已經(jīng)被證明是非常優(yōu)秀的太赫茲源器件。美國Northrop Crumman Corporation在 2008年的世界紅外與毫米波暨太赫茲技術(shù)大會報告指出，由其研制并生產(chǎn)的太赫茲折疊波導(dǎo)行波管反饋振蕩器通過調(diào)節(jié)其電子束電壓，可以提供穩(wěn)定的607-675GHZ的信號源輸出， 并且在656GHz上可以達到50毫瓦的最大功率輸出，電子效率為0. 45%。此類器件的原理是將含有衰減器(或者由反饋回路的損耗作為衰減器)的正反饋電路接在行波管放大器結(jié)構(gòu)的輸出端與輸入端之間，將電子注的噪聲放大，最終通過振蕩得出一定頻率的信號。然而現(xiàn)有的高頻段毫米波與高頻太赫茲波信號源成本高，同時輸出信號的頻率調(diào)諧與電子束電壓關(guān)系大，易因電子束的波動造成輸出信號頻率的波動。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種大功率毫米波與太赫茲波信號倍頻裝置，能夠獲得穩(wěn)定的高頻毫米波和高頻太赫茲波信號，同時具有成本低的特為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是大功率毫米波與太赫茲波信號倍頻裝置，其特征在于包括工作在毫米波或太赫茲波的低頻段的慢波結(jié)構(gòu)(將之稱為低頻段慢波結(jié)構(gòu))、工作在毫米波或太赫茲波的高頻段的慢波結(jié)構(gòu)(將之稱為高頻段慢波結(jié)構(gòu))和漂移管，所述低頻段慢波結(jié)構(gòu)一端設(shè)有低頻信號接口和電子束接口 ；所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)一端設(shè)有輸出端口 ；所述漂移管為金屬管道，漂移管連接在低頻段慢波結(jié)構(gòu)和高頻段慢波結(jié)構(gòu)之間；低頻段毫米波或者太赫茲波與電子束在低頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)互作用，產(chǎn)生速度調(diào)制，電子束在漂移管區(qū)產(chǎn)生電子群聚，產(chǎn)生密度調(diào)制， 群聚的電子束攜帶信號在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵起高頻率的電磁波并被放大。進一步地，所述低頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負載端口。進一步地，所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負載端口。進一步地，所述 低頻段慢波結(jié)構(gòu)和高頻段慢波結(jié)構(gòu)為螺旋線、耦合腔或者折疊波導(dǎo)。進一步地，所述漂移管為細長金屬管道。進一步地，所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)還設(shè)有收集極。本專利技術(shù)的工作原理是電子束與低頻段毫米波或者太赫茲波在低頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)互作用，產(chǎn)生速度調(diào)制，在漂移管區(qū)產(chǎn)生電子群聚，產(chǎn)生密度調(diào)制，群聚的電子束攜帶信號在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵起高頻率的電磁波并被放大。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果一、本專利技術(shù)的大功率毫米波與太赫茲信號倍頻裝置，包括低頻段慢波結(jié)構(gòu)、高頻段慢波結(jié)構(gòu)和漂移管，低頻段慢波結(jié)構(gòu)一端設(shè)有低頻信號接口和電子束接口 ；高頻段慢波結(jié)構(gòu)一端設(shè)有輸出端口 ；漂移管為金屬管道，漂移管連接在低頻段慢波結(jié)構(gòu)和高頻段慢波結(jié)構(gòu)之間。輸入的低頻信號與電子束進入低頻段慢波結(jié)構(gòu)互作用，使電子束的速度產(chǎn)生了速度調(diào)制；電子束經(jīng)過漂移管進行密度調(diào)制，由于非線性效應(yīng)，電子束中含有高頻電流分量；經(jīng)過漂移管密度調(diào)制后的電子束攜帶信號激勵進入高頻段慢波結(jié)構(gòu)，激勵起高頻信號并被放大，然后通過輸出端口，輸出穩(wěn)定的大功率毫米波與太赫茲倍頻信號源。本專利技術(shù)輸出信號的頻率調(diào)諧與電子束的電壓無關(guān)，能夠獲得穩(wěn)定的高頻段毫米波或者太赫茲波信號。同時本專利技術(shù)使用技術(shù)更為成熟和價格更為便宜的低頻信號源作為輸入，獲得高頻的信號，具有成本低的特點。二、本專利技術(shù)的低頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負載端口能夠吸收低頻電磁波，防止低頻電磁波進入漂移管。三、本專利技術(shù)的高頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負載端口，能夠消除反射的影響。三、本專利技術(shù)的低頻段慢波結(jié)構(gòu)和高頻段慢波結(jié)構(gòu)為螺旋線、耦合腔或者折疊波導(dǎo)， 具有選擇面廣，根據(jù)不同的情況，選用不同的慢波結(jié)構(gòu)，提高本專利技術(shù)的實用性。四、本專利技術(shù)的高頻慢波裝置還設(shè)有收集極，能夠收集注波互作用的電子，以提高管子的效率。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標記1、電子槍，2、低頻信號接口，3、低頻段慢波結(jié)構(gòu)，4、匹配負載端口，5、匹配負載端口，6、漂移管，7、高頻段慢波結(jié)構(gòu)，8、信號輸出端口，9、收集極。具體實施方式下面將結(jié)合附圖及具體實施方式對本專利技術(shù)作進一步的描述。本專利技術(shù)主要是由兩段不同的慢波結(jié)構(gòu)，一段工作在毫米波或太赫茲波的低頻段， 另一段工作在毫米波或太赫茲波段高頻段，慢波結(jié)構(gòu)可以是螺旋線、耦合腔、折疊波導(dǎo)等組成，兩段之間通過一段漂移管6相連接，漂移管6為細長金屬管道，只能通過電子束而不能通過電磁波。它可以看作是由以下幾個部分組成 ，從左到右依次為電子槍I主要產(chǎn)生電子束，優(yōu)選地電子槍的設(shè)計采用皮爾斯；低頻信號接口 2主要輸入低頻段的信號源；低頻段慢波線結(jié)構(gòu)3，在本專利技術(shù)中由電子槍產(chǎn)生的電子束在低頻慢波線結(jié)構(gòu)3中與低頻段的信號進行互作用，使電子束的速度產(chǎn)生了速度調(diào)制，低頻慢波線結(jié)構(gòu)3的設(shè)計采用的HFSS軟件制作；匹配負載端口 4吸收低頻電磁波，匹配負載端口 5消除輸入端產(chǎn)生的反射影響；漂移管6中由速度調(diào)制電子束轉(zhuǎn)化為密度調(diào)制，由于非線性效應(yīng)，其中含有高頻電流分量，密度調(diào)制的電子束在進入高頻段慢波結(jié)構(gòu)7時會激勵起高頻信號并被放大，其頻率為輸入信號的整數(shù)倍，然后通過輸出端口輸出8，收集極9主要是收集注波互作用后的電子，以提高管子的效率，在本專利技術(shù)中可以采用多級降壓收集技術(shù)，合理的設(shè)計電極的位置、電壓、形狀等， 提高了收集的效率，并最終獲得較高的整管的效率。整個裝置為真空密封結(jié)構(gòu)，同時低頻段慢波結(jié)構(gòu)3和高頻段慢波結(jié)構(gòu)7外部加有均勻或者周期的聚焦磁場系統(tǒng)，用以聚焦電子束。`本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
大功率毫米波與太赫茲波信號倍頻裝置，其特征在于：包括低頻段慢波結(jié)構(gòu)、高頻段慢波結(jié)構(gòu)和漂移管，所述低頻段慢波結(jié)構(gòu)一端設(shè)有低頻信號接口和電子束接口；所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)一端設(shè)有輸出端口；所述漂移管為金屬管道，漂移管連接在低頻段慢波結(jié)構(gòu)和高頻段慢波結(jié)構(gòu)之間；低頻段毫米波或者太赫茲波與電子束在低頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)互作用，產(chǎn)生速度調(diào)制，電子束在漂移管區(qū)產(chǎn)生電子群聚，產(chǎn)生密度調(diào)制，群聚的電子束攜帶信號在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵起高頻率的電磁波并被放大。

【技術(shù)特征摘要】
1.大功率毫米波與太赫茲波信號倍頻裝置，其特征在于包括低頻段慢波結(jié)構(gòu)、高頻段慢波結(jié)構(gòu)和漂移管，所述低頻段慢波結(jié)構(gòu)一端設(shè)有低頻信號接口和電子束接口 ；所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)一端設(shè)有輸出端口 ；所述漂移管為金屬管道，漂移管連接在低頻段慢波結(jié)構(gòu)和高頻段慢波結(jié)構(gòu)之間；低頻段毫米波或者太赫茲波與電子束在低頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)互作用，產(chǎn)生速度調(diào)制，電子束在漂移管區(qū)產(chǎn)生電子群聚，產(chǎn)生密度調(diào)制，群聚的電子束攜帶信號在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵起高頻率的電磁波并被放大。...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鞏華榮，王斌，唐濤，宮玉彬，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：