扩展互作用器件中的多模工作机理研究

High power, high frequency vacuum electron devices is one of the key technology for the future electronic warfare and electronic counterwork, such devices with compact and wide bandwidth can achieve extremely wide range of applications in the military and civilian fields. This project studies the multiple mode operation mechanism of the extened interaction devices which can achive a compact, high power, wide bandwidth sources in millimeter and terahertz frequency. Through the studies of the theoretical model, the linear and nonlinear theory will be carried out. Theoretical analysis, electromagnetic particle simulation and experiment reserch on the multiple mode operation extended interaction devices will aslo be carried out including the liner and nonlinear processe. Through analysis and optimize,the cold and hot test of the multiple mode extended interaction devices will be finished to obtain the enhanced parameters, such as the bandwidth, output power and frequency et al. Research results and the key technologies of this project are the theoretical and experimental basis of this kind of devices, these will help to develop a new kinds of practical millimeter wave and terahertz radiation sources and amplifiers. This research is a new approach for the vacuum electron devices to achieve a parctical applications at millimeter and terahertz frequencies.

高功率、高频率真空电子器件是未来电子战及电子对抗的核心技术之一，如果该类器件能实现小型化和宽带的特点，将会在军事和民用领域具有极为广泛的应用。本项目研究目前能够在毫米波和太赫兹频段提供大功率输出的小型化扩展互作用器件中的多模工作机理，通过建立相关的理论模型，开展线性和非线性理论研究。对多模工作扩展互作用器件中的束波互作用机理、电子束群聚前后在扩展互作用高频系统内的线性及非线性作用等基本物理过程进行深入的理论分析、全电磁粒子仿真和实验研究，分析探讨扩展互作用器件中的多模工作条件，优化和完善扩展互作用高频系统，研制宽带多模工作扩展互作用器件和其冷测实验系统，并进行多模工作热测验证实验，对多模工作扩展互作用器件的带宽、功率和频率等重要参数进行测量。本项目的研究成果及解决的关键技术将为发展新型实用毫米波和太赫兹辐射源及放大器奠定理论和实验基础，是真空电子器件向更高频率实用化迈进的又一个新方向。

本项目针对未来电子战及电子对抗中核心技术之一：高功率、高频率的小型化宽带扩展互作用器件开展理论与实验研究。建立了多模工作的扩展互作用器件理论模型，针对扩展互作用电路，束波互作用的机理以及其中的线性及非线性过程进行了详细分析。通过对扩展互作和器件的全电磁粒子仿真, 掌握了扩展互作用器件中的多模工作条件，优化并完成了可多模工作的宽带扩展互作用振荡管，并在W波段（75-110GHz）进行了验证性的实验研究，完成了多模工作扩展互作用振荡管的输出功率、频率、带宽等重要参数的测量。在上述研究的基础上，开展了多模工作扩展互作用速调管的研究，对相关的输入输出结构、电子光学系统和宽带扩展互作用电路进行了全面分析，并形成了相应的设计方案。本项目的研究成果及解决的关键技术将为发展新型实用毫米波和太赫兹辐射源及放大器奠定理论和实验基础，是真空电子器件向更高频率实用化迈进的一个新方向。. 以本项目以依托，与英国University of Strathclyde开展了基于Pseudospark放电产生电子束的扩展互作用振荡器研究，实验结果表明：扩展互作用器件的高阻抗、互作用长度短的特性可以很好的同等离子体阴极产生的高密度电子束产生相互作用，从而产生高频率、高功率的毫米波和太赫兹辐射。同时由于等离子体背景的存在而不需要外加磁场就能保证高电流密度的电子束传输。此研究可以为发展一种价格低廉的、工作于毫米波和太赫兹频率段的、具有一定输出功率的小型化、低电压相干辐射源奠定基础，从而促进毫米波和太赫兹科学技术向更多的实验室和应用领域推广，如：毫米波和太赫兹成像、毫米波和太赫兹生物效应等。