等效电路计算同轴输出腔TM310模式的间隙阻抗

设计了外Q值较小,工作于高阶横磁TM310模的X波段速调管单间隙同轴输出谐振腔。用微波等效电路理论计算了高阶横磁TM310模情形六个漂移管的等效间隙中心位置,由此计算腔内等效间隙中心到输出波导内横向膜片的等效长度。以MATLAB编程计算得到同轴谐振腔TM310模式加载矩形波导滤波器输出回路的间隙阻抗,其结果与传统冷测模拟法计算结果吻合。验证了等效长度计算方法的正确性,用于圆柱腔基模的传统微波等效电路理论能用于分析同轴谐振腔高阶横磁模式输出回路,且比传统的冷测模拟法及场分析法更为快捷。     

速调管矩形波导窗的研究

 运用微波等效电路（微波网络）的方法，研究了大功率速调管矩形波导输出窗的转移矩阵，根据微波无反射条件求解窗的最佳尺寸。利用3维电磁场计算软件ISFEL3D进行精确模拟。将微波等效电路方法的计算结果与ISFEL3D的模拟结果和实验结果相比较，得出结论：运用微波等效电路方法对矩形波导输出窗进行设计，理论较为简单，编程容易实现，计算速度很快，便于参数调整，且计算结果与实际测量误差较小，适合应用于速调管矩形波导输出窗设计的初步阶段。     

矩形波导TM_(11)-TE_(10)模式转换器的初步设计

设计了一种矩形波导隔断插板式TM11-TE10模式转换器。其结构是在矩形波导横截面窄边的中部,平行于横截面宽边插入一块金属平板,将其等分为上下两个矩形波导,将TM11模式转换为分别位于上下两个矩形波导内相位相反的TE10模式。然后分别在上下两个矩形波导内,平行于窄边等间距地插入一组金属薄板。TE10模式微波经过轴向长度差为合适值的上下两组插板后,相移差变为180°,使原本相位相反的TE10模式转为同向,最后通过阻抗渐变合成单个波导的TE10模式。该模式转换器可与带状电子束高功率微波源共轴,其横向最大尺寸可与带状电子束高功率微波源矩形输出口保持一致,轴向长度较短,结构简单、紧凑。利用有限元算法仿真软件,对该设计方案进行了验证和初步优化设计。初步的设计结果表明:当相对带宽为10%时,TM11至TE10模式的转换效率大于-0.45 dB,可满足带状电子束高功率微波源对输出结构的设计要求。     

同轴线-矩形波导结散射特性的数值分析

 提出了一种数值分析同轴线-矩形波导结散射特性的模式匹配方法。采用同轴线和矩形波导的本征模函数表示电磁场分量，通过同轴线-矩形波导结截面横向场分量匹配获得波导结的散射参数，引入电场模式匹配矩阵的解析形式提高了计算效率。给出了基于模式匹配法数值仿真的各种同轴线-矩形波导结散射特性及仿真结果分析，并与3维全电磁波分析软件HFSS的仿真结果进行了比较，二者非常吻合。模式匹配法计算效率高，能广泛应用于微波毫米波元器件及系统结构的设计与优化。     

双线法测量横向阻抗中双线间距及线径的影响

 根据双线法测量横向阻抗的原理,从理论和模拟计算两方面对双线间距、线径因素造成的系统误差进行讨论。给出谐振腔近似下双线法测量横向阻抗的等效电路,通过此等效电路对双线间距、线径因素造成的系统误差进行讨论。通过模拟计算的方法分析了双线法测量类腔体TM110模式横向阻抗时,不同双线间距、不同线径带来的系统误差,模拟计算的结果与等效电路结果分析得到的定性结果一致。模拟计算分析表明,对于管道半径为50 mm的类腔体结构,线径小于6 mm及双线距离小于50 mm时,双线间距及线径引入的横向阻抗系统误差小于8%。     

双耦合同轴腔TM310模加载空波导输出回路

设计了速调管的单间隙和双间隙圆柱同轴腔高阶TM310模式输出回路。为降低外输出腔的外观品质因数和增加腔内工作模式电磁场的均匀性,采用了在输出孔处腔内侧位置设置轴向短路金属线的措施。由等效电路理论分别计算了它们加载空矩形波导TE10基模时,腔内漂移管中心位置处的等效间隙阻抗及对应的输出带宽。计算模拟发现,与单间隙腔相比,双间隙腔具有较大的间隙阻抗及带宽。     

同轴交错膜片加载慢波线的分析

膜片加载圆波导是相对论行波管最主要的慢波结构,同轴结构的膜片加载波导可以拓宽带宽。利用变分法对同轴交错膜片加载的慢波结构（亦称同轴径向线）进行了理论分析,得到了色散方程并进行了数值计算。计算结果表明,它比非同轴结构的带宽有明显的增加。     

用最小结构单元频率选择表面实现大入射角宽频带的透波材料

不同于传统的频率选择表面(FSS),最小单元频率选择表面(mFSS)的工作频率取决于其基本结构单元中金属结构的内禀电容和电感,而不是单元的结构共振频率.本文围绕用mFSS构建带通型透波材料,在分析了金属缝隙和金属线的内禀电容和电感的基础上,构建了以金属缝隙和金属线为基本单元的透波材料模型,研究了mFSS单元结构参数、等效电路参数和电波入射角对透波性能和带宽的影响,设计制备了工作在10 GHz的透波材料.研究结果表明;这种透波材料具有工作频带宽,对电磁波入射角度和极化方向不敏感等优点,在垂直入射时的-1 dB带宽达到40%,即使在大入射角(60?)下依然有很好的传输性能,-1 dB带宽接近20%.实际制备的透波材料样品的测试结果和与理论计算结果相一致.mFSS的上述特性极大扩展了透波材料的应用场合,特别适用于雷达罩和天线罩等应用.     

折叠矩形槽波导行波管输入输出过渡波导

为了将槽波导端与标准矩形波导相连接,设计了一种适用于折叠槽波导结构行波管的输入输出过渡波导, 可将其视为槽宽渐变的双槽加载矩形波导。利用电磁仿真软件CST微波工作室对该结构进行仿真计算,讨论了各个结构参数对其性能的影响。对比了直线渐变、抛物线渐变和指数渐变3种槽宽渐变规律在W波段对其传输特性及损耗特性的影响。研究结果表明:指数渐变结构的驻波系数小于1.15的带宽比其他两种结构都要宽,且在90~99 GHz、驻波系数小于1.25时,该结构的整体长度也远小于另外两种结构,能够实现良好的过渡效果; 而直线渐变结构的损耗在90~97 GHz为最低。     

纳米线阵列横向输运的热电特性研究

利用包络函数的平面波展开法计算准二维纳米线阵列中的电子态,获得电输运系数表达式.同时,通过合理近似考虑边界散射对声子输运的影响,计算得到了晶格热导率.以Si/Ge体系为例,研究了纳米线阵列横向输运的热电特性.结果表明：结构优值与费米能级、纳米线直径及间距等参数相关.通过对结构参数的调整,纳米线阵列的横向输运可有效提高热电性能. 关键词： 热电性能 纳米线阵列 Seebeck系数 晶格热导率     

基于共面波导微带线的光探测器高频电参量提取

针对不能在片测量的光探测器芯片,本文提出了一个简单而有效的实验方案来提取其等效电路模型的高频电参量.首先设计了和微波探针匹配的共面波导微带线,测量其输出反射系数,测试结果与理论设计符合很好;然后将芯片装载到微带线上,测量包含光探测器的整个测试结构的输出反射系数.仿真中涉及光探测器测试结构的等效电路模型,包含光探测器、键合金丝和共面波导微带线等因素.通过拟合已测的整个测试结构的输出反射系数,提取了光探测器的高频电参量.     

高功率微波弯曲矩形波导设计

 利用模式耦合理论,在理论推导出弯曲矩形波导TE01模和高阶模之间耦合系数显式表达的基础上,对弯曲矩形波导进行了实例研究。HFSS软件数值仿真结果表明：设计的矩形波导TE01-TE02模式转换器在9.5 GHz转换效率达到99.9%,转换效率大于90%的工作带宽为8.60～10.48 GHz;设计的弯曲矩形波导传输线,可有效传输TE01模,不激励起高阶模式。HFSS数值仿真结果验证了所设计的传输线工作带宽和功率容量均能够满足使用要求。     

A Multilayer Waveguide Window for Wide-Bandwidth Millimeter Wave Tubes

A multilayer waveguide window is demonstrated to exhibit wide bandwidth and high transmission for applications in high-frequency microwave tubes. A transfer matrix approach is employed to discretize the dielectric function profile of the multilayer heterostructure in a rectangular waveguide. The closed form has been obtained and the corresponding reflection and transmission characteristics have been carried out. The analytical calculation is also compared with the result of numerical simulation via the finite-element code HFSS. The exact calculation agrees with the numerical simulation very well. By comparison, the approach not only enhances the accuracy and efficiency, but also gives a good criterion for the design. The results show that the bandwidth for a transmission of 99%, i.e., S ₁₁ below –20 dB, can be optimized to be about 8.75 GHz at a central frequency of 35 GHz or about 25%. A wide-bandwidth waveguide window can be easily designed for Ka-band and W-band tubes, and even for higher frequency ones.     

Q波段回旋行波管新型盒型输出窗的设计

利用等效电路理论,初步设计了窗片厚度为1.32mm的回旋行波管盒型输出窗,再加入感性膜片,更改窗片形状,最终设计出了能承受25kW平均功率、相对带宽达到14%、窗片厚度达到1.7mm的Q波段新型宽频带回旋行波管盒型输出窗;采用高频软件HFSS与有限元分析软件ANSYS协同仿真的新方法对回旋行波管盒型窗进行热特性研究表明,盒型窗理论上功率容量达到62kW平均功率,说明输出窗窗片承受25kW平均功率的可行性,窗片中心与边缘的温差为66℃,没有达到陶瓷窗片的临界温差158℃,验证了新型盒型窗设计的合理性。     

Design of 40 GHz-Band Iris-Type Waveguide Bandpass Filter

In this paper, a design method of an iris-coupled waveguide bandpass filter having 0.1 dB passband ripple and 3.5% ripple bandwidth at the center frequency of 41 GHz is described. Mode matching method is used to analyze H-plane discontinuity of waveguide and an equivalent circuit of the thick inductive obstacle is obtained from the results of the analysis. Simulation and experimental results show the validity of waveguide bandpass filter design method using mode matching method.     

快速优化折叠波导器件中矩形过渡结构的理论方法（英）

本文推导了基于模式耦合理论的方程组,用于加快和简化折叠波导器件中矩形过渡结构的设计过程。作为功率耦合结构的一个重要组成部分,两种常用的结构将被考虑用来匹配折叠波导慢波结构的矩形波导TE10模式和标准输出矩形波导中的TE10模式。通过比较发现,在同样的反射水平下,锥形过渡结构比阶梯过渡结构长得多,但同时前者却自然具有更快的带宽和对结构误差不敏感的特性。作为算例,设计了220 GHz折叠波导返波管中可能用到的阶梯过渡结构和锥形过渡结构,并进行了误差分析。设计过程中用到的理论方法最终用数值模拟的方法进行了验证,取得了很好的一致性。基于该高精度理论方法的设计耗时不过几分钟。     

L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统,系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量,天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板,除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明,设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时,增益为22.7 dBi,天线口径效率为98.3%,反射系数为-25 dB,带宽达到5%,带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2。系统功率容量达到1.92 GW。     

高功率过模圆波导到两路矩形波导功分器

基于模式匹配法分析了高功率过模圆波导到两路矩形波导功分器在传输过程中高阶模式的传输和反射问题,分析得到了高传输效率对过模圆波导的要求,并以此仿真设计了中心频率为2.88GHz的功分器,设计结果表明:在中心频率下反射系数为0.05,对应的圆波导TM01模到矩形波导TE10模传输效率大于99%,真空中功率容量为2.83GW;在2.82~2.94GHz的频带范围内反射系数小于0.1,对应的传输效率大于98%。     

Broadband operation of a Ka-band tapered gyro-traveling waveamplifier

A wideband low-voltage millimeter-wave gyro-traveling wave tube (gyro-TWT) amplifier operating in the TE₁₀ rectangular waveguide mode at the fundamental cyclotron frequency is under investigation, The device incorporates precise axial tapering of both the magnetic field and the interaction circuit for broadband operation. Experimental results of a wide (33%) instantaneous bandwidth with a small signal gain in excess of 20 dB and saturated efficiency of ~10% were achieved and shown to be in good agreement with the theory. Reflective instability due to multi-pass effects by mismatches was observed and characterized. Gain and efficiency have been limited by this reflective instability rather than by absolute instabilities which limit the performance of gyro-TWT's with uniform cross-section. The start-oscillation current in terms of the relevant experimental parameters such as the beam velocity ratio (α), magnetic field detuning and reflection coefficient has been measured and compared with theory. Measurements of the phase variation in terms of the RF frequency have shown that the phase varies ±30° from fitted linear phase line