[发明专利]大功率毫米波与太赫兹波信号倍频装置

说明书

技术领域

本发明属于微波真空管件技术领域，具体的说涉及一种大功率毫米波与太赫兹波信号倍频装置。

背景技术

太赫兹或毫米波频段（300GHz～3000GHz）的电磁波在通信，宇航，安全，医学成像，生物化学以及制造等行业中具有非常广泛的应用前景。如何得到稳定可靠，高效高能，以及相对成本并不高昂的太赫兹辐射源，一直是太赫兹领域中热门的话题之一。由于目前对于太赫兹辐射源的相对匮乏，电真空器件又重新得到了前所未有的重视和发展。作为微波电真空领域中最主要的器件之一的行波管，一直在雷达通信和电子战中发挥着重要的作用，并且在不断发展着。而近年来，以折叠波导作为慢波结构的行波管再生反馈振荡器被提出，并且已经被证明是非常优秀的太赫兹源器件。美国Northrop Crumman Corporation在2008年的世界红外与毫米波暨太赫兹技术大会报告指出，由其研制并生产的太赫兹折叠波导行波管反馈振荡器通过调节其电子束电压，可以提供稳定的607-675GHz的信号源输出，并且在656GHz上可以达到50毫瓦的最大功率输出，电子效率为0.45％。此类器件的原理是将含有衰减器（或者由反馈回路的损耗作为衰减器）的正反馈电路接在行波管放大器结构的输出端与输入端之间，将电子注的噪声放大，最终通过振荡得出一定频率的信号。

然而现有的高频段毫米波与高频太赫兹波信号源成本高，同时输出信号的频率调谐与电子束电压关系大，易因电子束的波动造成输出信号频率的波动。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种大功率毫米波与太赫兹波信号倍频装置，能够获得稳定的高频毫米波和高频太赫兹波信号，同时具有成本低的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

大功率毫米波与太赫兹波信号倍频装置，其特征在于：包括工作在毫米波或太赫兹波的低频段的慢波结构（将之称为低频段慢波结构）、工作在毫米波或太赫兹波的高频段的慢波结构（将之称为高频段慢波结构）和漂移管，所述低频段慢波结构一端设有低频信号接口和电子束接口；所述高频段慢波结构一端设有输出端口；所述漂移管为金属管道，漂移管连接在低频段慢波结构和高频段慢波结构之间；低频段毫米波或者太赫兹波与电子束在低频段慢波结构内互作用，产生速度调制，电子束在漂移管区产生电子群聚，产生密度调制，群聚的电子束携带信号在高频段慢波结构内激励起高频率的电磁波并被放大。

进一步地，所述低频段慢波结构设有匹配负载端口。

进一步地，所述高频段慢波结构设有匹配负载端口。

进一步地，所述低频段慢波结构和高频段慢波结构为螺旋线、耦合腔或者折叠波导。

进一步地，所述漂移管为细长金属管道。

进一步地，所述高频段慢波结构还设有收集极。

本发明的工作原理是：

电子束与低频段毫米波或者太赫兹波在低频段慢波结构内互作用，产生速度调制，在漂移管区产生电子群聚，产生密度调制，群聚的电子束携带信号在高频段慢波结构内激励起高频率的电磁波并被放大。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

一、本发明的大功率毫米波与太赫兹信号倍频装置，包括低频段慢波结构、高频段慢波结构和漂移管，低频段慢波结构一端设有低频信号接口和电子束接口；高频段慢波结构一端设有输出端口；漂移管为金属管道，漂移管连接在低频段慢波结构和高频段慢波结构之间。输入的低频信号与电子束进入低频段慢波结构互作用，使电子束的速度产生了速度调制；电子束经过漂移管进行密度调制，由于非线性效应，电子束中含有高频电流分量；经过漂移管密度调制后的电子束携带信号激励进入高频段慢波结构，激励起高频信号并被放大，然后通过输出端口，输出稳定的大功率毫米波与太赫兹倍频信号源。本发明输出信号的频率调谐与电子束的电压无关，能够获得稳定的高频段毫米波或者太赫兹波信号。同时本发明使用技术更为成熟和价格更为便宜的低频信号源作为输入，获得高频的信号，具有成本低的特点。

二、本发明的低频段慢波结构设有匹配负载端口能够吸收低频电磁波，防止低频电磁波进入漂移管。

三、本发明的高频段慢波结构设有匹配负载端口，能够消除反射的影响。

三、本发明的低频段慢波结构和高频段慢波结构为螺旋线、耦合腔或者折叠波导，具有选择面广，根据不同的情况，选用不同的慢波结构，提高本发明的实用性。

四、本发明的高频慢波装置还设有收集极，能够收集注波互作用的电子，以提高管子的效率。

附图说明