專利名稱：大功率毫米波與太赫茲波信號(hào)倍頻裝置的制作方法
大功率暈米波與太赫茲波信號(hào)倍頻裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微波真空管件技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種大功率毫米波與太赫茲波信號(hào)倍頻裝置。
背景技術(shù)：
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(duì)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(duì)于太赫茲輻射源的相對(duì)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(dá)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(guó)Northrop Crumman Corporation在 2008年的世界紅外與毫米波暨太赫茲技術(shù)大會(huì)報(bào)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(hào)源輸出， 并且在656GHz上可以達(dá)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(hào)。
然而現(xiàn)有的高頻段毫米波與高頻太赫茲波信號(hào)源成本高，同時(shí)輸出信號(hào)的頻率調(diào)諧與電子束電壓關(guān)系大，易因電子束的波動(dòng)造成輸出信號(hào)頻率的波動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種大功率毫米波與太赫茲波信號(hào)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(hào)，同時(shí)具有成本低的特
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是大功率毫米波與太赫茲波信號(hào)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(hào)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(hào)在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵(lì)起高頻率的電磁波并被放大。
進(jìn)一步地，所述低頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負(fù)載端口。
進(jìn)一步地，所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負(fù)載端口。
進(jìn)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(jìn)一步地，所述漂移管為細(xì)長(zhǎng)金屬管道。
進(jìn)一步地，所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)還設(shè)有收集極。
本發(fā)明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(hào)在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵(lì)起高頻率的電磁波并被放大。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果一、本發(fā)明的大功率毫米波與太赫茲信號(hào)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(hào)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(hào)與電子束進(jìn)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(jìn)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(hào)激勵(lì)進(jìn)入高頻段慢波結(jié)構(gòu)，激勵(lì)起高頻信號(hào)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(hào)源。本發(fā)明輸出信號(hào)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(hào)。同時(shí)本發(fā)明使用技術(shù)更為成熟和價(jià)格更為便宜的低頻信號(hào)源作為輸入，獲得高頻的信號(hào)，具有成本低的特點(diǎn)。
二、本發(fā)明的低頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負(fù)載端口能夠吸收低頻電磁波，防止低頻電磁波進(jìn)入漂移管。
三、本發(fā)明的高頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負(fù)載端口，能夠消除反射的影響。
三、本發(fā)明的低頻段慢波結(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)，提高本發(fā)明的實(shí)用性。
四、本發(fā)明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。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記1、電子槍，2、低頻信號(hào)接口，3、低頻段慢波結(jié)構(gòu)，4、匹配負(fù)載端口，5、匹配負(fù)載端口，6、漂移管，7、高頻段慢波結(jié)構(gòu)，8、信號(hào)輸出端口，9、收集極。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
本發(fā)明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(xì)長(zhǎng)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(gè)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(jì)采用皮爾斯；低頻信號(hào)接口 2主要輸入低頻段的信號(hào)源；低頻段慢波線結(jié)構(gòu)3，在本發(fā)明中由電子槍產(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(hào)進(jìn)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(jì)采用的HFSS軟件制作；匹配負(fù)載端口 4吸收低頻電磁波，匹配負(fù)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(jìn)入高頻段慢波結(jié)構(gòu)7時(shí)會(huì)激勵(lì)起高頻信號(hào)并被放大，其頻率為輸入信號(hào)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，在本發(fā)明中可以采用多級(jí)降壓收集技術(shù)，合理的設(shè)計(jì)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(gè)裝置為真空密封結(jié)構(gòu)，同時(shí)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(chǎng)系統(tǒng)，用以聚焦電子束。`
權(quán)利要求
1.大功率毫米波與太赫茲波信號(hào)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(hào)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(hào)在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵(lì)起高頻率的電磁波并被放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率毫米波與太赫茲信號(hào)倍頻裝置，其特征在于所述低頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負(fù)載端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率毫米波與太赫茲信號(hào)倍頻裝置，其特征在于所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)設(shè)有匹配負(fù)載端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率毫米波與太赫茲信號(hào)倍頻裝置，其特征在于所述低頻段慢波結(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)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率毫米波與太赫茲信號(hào)倍頻裝置，其特征在于所述高頻段慢波結(jié)構(gòu)還設(shè)有收集極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率毫米波與太赫茲波信號(hào)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(hào)在高頻段慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)激勵(lì)起高頻率的電磁波并被放大。本發(fā)明能夠獲得穩(wěn)定的高頻段毫米波和高頻太赫茲波信號(hào)，同時(shí)具有成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01J23/24GK103050356SQ20131000143
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月4日
發(fā)明者鞏華榮, 王斌, 唐濤, 宮玉彬 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)