毫米波回旋管准光模式变换器的研究
发布时间：2021-06-21 07:54
本论文通过理论分析、电磁仿真和冷测实验研究了用于毫米波成像的毫米波回旋管准光模式变换器,设计了阶梯形切口的Vlasov准光模式变换器和卡塞格伦天线系统。文章首先从总体上出发,介绍了毫米波成像和回旋管的国内外发展现状,以及准光模式变换器的发展经历。然后从理论出发,基于几何光学理论和矢量绕射理论,阐述了辐射器的种类和切口的选择,以及镜面系统的反射镜面的种类选择,镜面方程和参数的确定,以及局部坐标和全局坐标的变换关系。并且对卡塞格伦双反射镜的理论也做了详细的说明。通过理论分析,设计了一个工作频率为220GHz,馈源波导半径为5mm,模式为的Vlasov准光模式变换器。在未加载卡塞格伦双反射镜,对系统在FEKO中进行建模仿真,得到了标量高斯含量为97%,水平方向辐射角小于5,水平方向的增益可达到30dBi的仿真结果。加载卡塞格伦双反射镜后的仿真结果显示可以达到平行光输出的效果但副瓣增益也达到20dBi,对系统有一定影响。最后,通过实验平台的搭建,利用加载在电位移平台上的功率计测得的功率分布,验证了本文设计的阶梯形切口的Vlasov准光模式变换器的可用性,但同时对于卡塞格伦双反射镜的实验仍然不理...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国实验室研制的全息毫米波的成像的系统
第一章绪论3业化有一定的距离。如图1-2所示，为电子科技大学的波段的被动式毫米波的成像的系统。图1-2电子科技大学的波段的被动式毫米波的成像的系统1.2回旋管在大约1930年以前，大部分的针对微波技术的研究都仅仅停留在理论层面上。二战中，人类针对于可以军用的微波器件的需求，直接推动了微波技术理论的发展，与此同时也发明了很多的微波器件[3-5]。在微波频段，微波器件目前已经得到了普遍应用。但是其想要在毫米波波段应用时却存在重重的困难。就在此时回旋管的出现解决了这一难题。其成为了供给毫米波源的关键的器件，同时能够工作于毫米波波段。在最近的四十年，回旋管的理论也得到突飞猛进的发展，同时也开始付诸于实践。在上个世纪中期，来自于不同国别的科学家，都争相研究电子回旋谐振受激辐射理论，比如美国的施耐德，澳大利亚的Twiss[6]等等，这也为回旋管提供了理论基矗一般微波管在使激励源的信号增大时，选用的是纵向换能的方式。但是在毫米波波段，这种换能方式却很难达到所要求的效率，同时很容易受到尺寸的限制，从而难以实现小型化。电子回旋脉塞作为回旋管的核心的原理，其中的电子会在横向上，因为它的不稳定性进行角向群聚，因此横向换能作为回旋管的换能机制。这种换能方式的优点是：与纵向换能相比，回旋管器件不用在尺寸上受到限制，在高频下依然能选取比较大的高频结构。所以回旋管器件可以在毫米波段等频段内，获取到功率很高的持续的微波波源。从而针对微波器件来说，回旋管的发明具有里程碑式的意义也正是源于它可以避免纵向换能的劣势。同时也添补了亚毫米波的研究及毫米波的研究的空白。同时，也为高能物理；受控热核聚
第一章绪论5带来了一个问题：同时回旋管的工作的模式也变得越来越高。因此不得不加大回旋管腔的横向的尺寸来降低欧姆热损耗，这样就会引起非常严峻的模式竞争。而同轴腔结构的回旋管和复合腔结构的回旋管的出现彻底地解决了这一棘手的问题。这两种典型的腔体的结构的示意图如图1-3和图1-4所示。图1-3中1和2都是位于腔体结构上的一种突变，它们组成了复合腔，也被称作突变复合腔。因为2和1中的模式都相互锁定，反而抑制了其它的模式。这种结构通常被应用在低阶的工作模式。图1-4为同轴腔结构的回旋管的结构图。如图1-4所示，标记为“coaxialinsert”的是同轴腔结构的同轴内插圆柱体。它的内导体将杂模间频谱密度与工作模式进行了“稀释”，同时采取起振电流被磁场控制的方式来抑止其它的模式，所以这种结构可以应用在高阶的工作模式，自然而然地被经常选用于回旋管。OutputdrifttubeMIGelectronbeamInputdrifttubeCavity#1Cavity#2图1-3复合腔的回旋管的结构示意图r/mmMirrorboxCathodeCollector100Anodewithlauncher0z/mm050010001500Coaxialinsert图1-4同轴腔的回旋管的结构示意图目前的回旋管在基波工作时对工作磁场的强度要求很高，但这个条件在现实中却难以实现。而高次谐波回旋管正好可避免这一苛刻的要求。由于对磁场强度的要求在理论的情况下，工作于次谐波的是相应的工作于基波的回旋管的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]94 GHz回旋管准光模式变换器的数值模拟[J]. 张杰,罗勇,潘成胜. 太赫兹科学与电子信息学报. 2014(02)
[2]220GHz阶梯形和斜切形Vlasov辐射器[J]. 卓洪丽,兰峰,杨梓强. 信息与电子工程. 2012(03)
[3]回旋速调管群聚腔研究[J]. 罗勇,李宏福,谢仲怜,喻胜. 电子学报. 2003(06)
[4]VLASOV天线的研究[J]. 周海京,丁武,刘庆想. 强激光与粒子束. 2002(03)
博士论文
[1]太赫兹准光电子回旋脉塞研究[D]. 关晓通.电子科技大学 2018
[2]高功率微波传输线及模式变换研究[D]. 牛新建.电子科技大学 2003
硕士论文
[1]主动毫米波成像准光学系统设计[D]. 佟强.哈尔滨工业大学 2018
[2]毫米波主动成像在人体隐匿违禁物品检查中的应用[D]. 张燕洪.南京理工大学 2015
[3]近程毫米波主动成像系统研究[D]. 曹志翔.电子科技大学 2012
[4]95GHz准光模式变换器研究与设计[D]. 施美友.中国工程物理研究院 2011
本文编号：3240299
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国实验室研制的全息毫米波的成像的系统
第一章绪论3业化有一定的距离。如图1-2所示，为电子科技大学的波段的被动式毫米波的成像的系统。图1-2电子科技大学的波段的被动式毫米波的成像的系统1.2回旋管在大约1930年以前，大部分的针对微波技术的研究都仅仅停留在理论层面上。二战中，人类针对于可以军用的微波器件的需求，直接推动了微波技术理论的发展，与此同时也发明了很多的微波器件[3-5]。在微波频段，微波器件目前已经得到了普遍应用。但是其想要在毫米波波段应用时却存在重重的困难。就在此时回旋管的出现解决了这一难题。其成为了供给毫米波源的关键的器件，同时能够工作于毫米波波段。在最近的四十年，回旋管的理论也得到突飞猛进的发展，同时也开始付诸于实践。在上个世纪中期，来自于不同国别的科学家，都争相研究电子回旋谐振受激辐射理论，比如美国的施耐德，澳大利亚的Twiss[6]等等，这也为回旋管提供了理论基矗一般微波管在使激励源的信号增大时，选用的是纵向换能的方式。但是在毫米波波段，这种换能方式却很难达到所要求的效率，同时很容易受到尺寸的限制，从而难以实现小型化。电子回旋脉塞作为回旋管的核心的原理，其中的电子会在横向上，因为它的不稳定性进行角向群聚，因此横向换能作为回旋管的换能机制。这种换能方式的优点是：与纵向换能相比，回旋管器件不用在尺寸上受到限制，在高频下依然能选取比较大的高频结构。所以回旋管器件可以在毫米波段等频段内，获取到功率很高的持续的微波波源。从而针对微波器件来说，回旋管的发明具有里程碑式的意义也正是源于它可以避免纵向换能的劣势。同时也添补了亚毫米波的研究及毫米波的研究的空白。同时，也为高能物理；受控热核聚
第一章绪论5带来了一个问题：同时回旋管的工作的模式也变得越来越高。因此不得不加大回旋管腔的横向的尺寸来降低欧姆热损耗，这样就会引起非常严峻的模式竞争。而同轴腔结构的回旋管和复合腔结构的回旋管的出现彻底地解决了这一棘手的问题。这两种典型的腔体的结构的示意图如图1-3和图1-4所示。图1-3中1和2都是位于腔体结构上的一种突变，它们组成了复合腔，也被称作突变复合腔。因为2和1中的模式都相互锁定，反而抑制了其它的模式。这种结构通常被应用在低阶的工作模式。图1-4为同轴腔结构的回旋管的结构图。如图1-4所示，标记为“coaxialinsert”的是同轴腔结构的同轴内插圆柱体。它的内导体将杂模间频谱密度与工作模式进行了“稀释”，同时采取起振电流被磁场控制的方式来抑止其它的模式，所以这种结构可以应用在高阶的工作模式，自然而然地被经常选用于回旋管。OutputdrifttubeMIGelectronbeamInputdrifttubeCavity#1Cavity#2图1-3复合腔的回旋管的结构示意图r/mmMirrorboxCathodeCollector100Anodewithlauncher0z/mm050010001500Coaxialinsert图1-4同轴腔的回旋管的结构示意图目前的回旋管在基波工作时对工作磁场的强度要求很高，但这个条件在现实中却难以实现。而高次谐波回旋管正好可避免这一苛刻的要求。由于对磁场强度的要求在理论的情况下，工作于次谐波的是相应的工作于基波的回旋管的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]94 GHz回旋管准光模式变换器的数值模拟[J]. 张杰,罗勇,潘成胜. 太赫兹科学与电子信息学报. 2014(02)
[2]220GHz阶梯形和斜切形Vlasov辐射器[J]. 卓洪丽,兰峰,杨梓强. 信息与电子工程. 2012(03)
[3]回旋速调管群聚腔研究[J]. 罗勇,李宏福,谢仲怜,喻胜. 电子学报. 2003(06)
[4]VLASOV天线的研究[J]. 周海京,丁武,刘庆想. 强激光与粒子束. 2002(03)
博士论文
[1]太赫兹准光电子回旋脉塞研究[D]. 关晓通.电子科技大学 2018
[2]高功率微波传输线及模式变换研究[D]. 牛新建.电子科技大学 2003
硕士论文
[1]主动毫米波成像准光学系统设计[D]. 佟强.哈尔滨工业大学 2018
[2]毫米波主动成像在人体隐匿违禁物品检查中的应用[D]. 张燕洪.南京理工大学 2015
[3]近程毫米波主动成像系统研究[D]. 曹志翔.电子科技大学 2012
[4]95GHz准光模式变换器研究与设计[D]. 施美友.中国工程物理研究院 2011
本文编号：3240299
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