论文部分内容阅读
THz科技在电子信息、环境监测、通讯雷达等多个领域逐渐显露了其独特的优势和应用前景。太赫兹波通信系统研究的一个重要组成部分是太赫兹波传输。由于太赫兹波从某种意义上说很难对它进行引导和控制，急需可以传播太赫兹波的波导。弯折波导是一类重要的THz无源波导器件，常用作行波管中注波互作用的慢波结构。美国国防部高级研究计划局的220GHz大功率、高增益宽带弯折波导行波管计划是当今行波管研究的最前沿水平代表之一。本论文基于弯折波导结构，以创新性和实用性为出发点，对无脊带状注弯折波导及双脊带状注弯折波导进行了系列仿真模拟和实验研究。主要内容包括： 从传输线理论出发，利用等效微波网络法分析了带状注弯折波导的高频传输特性，使用MATLAB计算了色散特性及耦合阻抗值。仿真结果表明无脊带状注弯折波导中心频率140GHz处的色散特性平坦，相速接近0.22c，耦合阻抗接近5ohm。双脊带状注弯折波导中心频率140GHz处的色散特性和无脊结构接近，但耦合阻抗增加至6.2 ohm。各主要结构参数的偏差分析为实验加工提供了精度控制范围参考。 使用CST粒子工作室对弯折波导注波互作用进行仿真。仿真表明本文设计的双脊带状注弯折波导慢波结构于140GHz的功率增益达到了24.6 dB，单位长度增益达到0.401dB/mm。扫描仿真结果表明不同发射电压、输入频率和输入功率条件下，输出功率增益会有很大变化。这为实际应用提供了调试和测试指导。 UV-LIGA工艺的加工精度和集成制造优势优于传统机械加工方法。本文使用UV-LIGA技术制作了无脊和双脊带状注弯折波导慢波结构样品，探索形成了UV-LIGA制备弯折波导的基本工艺方案，包括掩膜设计、基底选择、曝光及显影、电铸工艺、后期腔体去胶等。 搭建测试平台，对弯折波导的各项参数进行测试。测试表明无脊带状注弯折波导140GHz处的回波损耗为-27dB左右，而插入损耗接近-3dB；双脊带状注弯折波导140GHz处的回波损耗为-25dB左右，而插入损耗接近-5 dB。最后，弯折波导的功率增益测试表明输入功率为150 mW时，无脊带状注弯折波导在139.5GHz处输出功率最高达到28W，140GHz处的输出功率为26W左右，功率增益接近21dB。双脊弯折波导的输出功率达到了29-32.5W，频率范围为139-141.5GHz。最大输出功率出现在140.5 GHz处，达到32.5W左右，增益达到了23dB。可见，使用UV-LIGA工艺有效实现了弯折波导的精确加工。