BEPCⅡ直线加速器微波系统

BEPCⅡ直线加速器微波系统要求的技术指标比旧系统有了大幅度的提高, 为此老系统的许多部件需要重新研制和改造. 本文首先介绍了关键部件的改造研制情况, 它包括能量倍增器、加速管、大功率波导阀门、大功率干负载及其中功率和高功率波导衰减/移相器; 其次简要介绍了微波系统高功率运行情况.     

真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明:该型检波器具有承受微波脉冲功率高(大于7kW)、响应快(响应时间小于2.0ns)、动态范围大、输出信号幅度高(可达数十V)、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

大功率微波真空电子器件的应用

 大功率微波真空电子器件具有工作频率高、峰值和平均功率大等特点,已广泛应用于微波电子系统,在科学研究和国民经济方面的应用越来越广泛。在科学研究方面,它主要应用在高能粒子加速器和可控热核聚变加热装置等大型科学装置上,主要包括高峰值功率速调管、连续波和长脉冲高功率速调管和高功率回旋管等器件。在国民经济方面,则主要应用于天气雷达、导航雷达、医用和工业辐照加速器、电视广播和通信等微波电子系统,主要包括大功率脉冲和连续波速调管、分布作用速调管、行波管、磁控管和感应输出管等。为此,介绍了这些微波真空电子器件的技术现状、共性技术问题和发展趋势。     

一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

 主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW），时间响应快（响应时间小于2.0 ns），不需要同步信号，抗干扰能力强等特点。根据不同的需要，可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成，其工作频率范围为波导的工作频率范围；而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导，滤波器和外电路组成，可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量，尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量，为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。     

S波段高功率径向线输出窗的设计

为进一步改进和优化高功率径向线阵列天线的拓扑结构,提高功率容量水平,并满足馈源的真空密封需求,提出并设计了一种适用于高功率径向线阵列天线的微波输出窗。该高功率径向线输出窗采用圆环形陶瓷,材料介电常数为9.4,窗片厚度为3 mm,内径为36 mm,可实现径向线阵列天线馈电系统的输入同轴波导与输出同轴波导间的真空密封。设计结果表明:在中心频率为2.856 GHz下,该径向线输出窗驻波比为1.03,插入损耗为0.17 dB,设计功率容量约150 MW。     

强流电子二极管中阴极等离子体的膨胀

强流真空电子二极管是一种可以利用场发射的方法获得脉冲电流数kA到数MA的电真空装置，在强流加速器、高功率微波等领域得到广泛应用。强流电子真空二极管中，由于阴极材料气化和离子化等因素产生了阴极等离子体。阴极等离子体以一定速度向阳极运动，改变二极管阴阳极间实际间隙大小，并影响进一步引出电子束时二极管状态，从而影响引出束参数。     

波导型高功率微波输能窗的研究进展

波导型高功率微波输能窗是高功率速调管和高能粒子加速器的关键部件,输出窗高频击穿是引起高功率速调管失效的一个重要因素。综述了国内外电真空领域波导型输能窗的研究进展,介绍了传统盒型窗的研究现状、工艺要求和击穿机理;介绍了锥型窗、行波窗、复合模窗以及过模窗等新型输能窗的设计特点,给出了改变窗片材料属性、改变窗片表面形态、窗片边缘倒角、外置直流电场/直流磁场、改变信号波形等击穿抑制技术的研究进展。     

用束波导与真空椭圆软波导传输的高功率微波发射系统研究

对两种高功率微波传输与发射系统进行了研究、比较，其中，束波导传输偏置抛物面系统适用于过模波导用入．真空椭圆软波导传输抛物面系统适用于单模波导输入的情况，对以上两种发射系统进行了物理光学数值分析（ＰＯ／ＰＯ）．在Ｓ波段，在未优化设计前，前者截获效率８６．６％，增益４０ｄＢ，后者截获效率９６．７％，增益４２．５ｄＢ．     

圆波导定向耦合器在高功率微波测量中的应用

介绍了大功率容量定向耦合器的设计、标定、测试与应用情况。以X波段圆波导定向耦合器为例,在9.2~10.2 GHz的频带范围内,基于小孔耦合理论优化设计的结构,其耦合度可以稳定在(55±2)dB以内,隔离度大于80 dB。在此基础上,设计加工了X波段圆波导定向耦合器并进行了标定测试,测试与仿真结果吻合较好,高功率微波实验证实了其具有较高功率容量,能够满足实验需求。该类圆波导定向耦合器已广泛应用于实验室高功率微波源的在线测量装置中。     

闪光二号—一台太瓦级脉冲电子束加速器及其应用

简要评述了高功率脉冲相对论电子束加速器国内外发展情况，指出西北核技术研究所研制成功的闪光二号加速器是我国在这一领域的重大进展，描述了闪光二号加速器的Ｍａｒｘ产生器水介质同轴线和二极管的工作原理、结构及其参数，介绍了１９９０年以来，在这台加速器上，在电子不对材料结构的热力学效应，泵浦准分子激光和产生高功率微波等方面所进行的实验研究。     

基于长缝耦合的紧凑型TE31-TE11高功率微波模式变换器

提出了一种新型的TE31-TE11模式的紧凑型高功率微波模式转换器结构，在对比分析TE31和TE11两个模式的场分布特征相互关系基础上，通过在输入和输出圆波导组成的内外套筒结构和适当布置镜像对称分布的轴向耦合长缝，实现在小于1.2个波长的轴向长度内将相对论磁控管产生的L 波段TE31模式高功率微波转换为可定向辐射的圆波导TE11模式，采用全电磁波仿真结合Taguchi方法优化了模式转换器的几何参数，在工作频点获得的仿真模式转换效率为99%，效率高于95%的带宽达到10%，并对其工作于真空环境下的瞬态功率容量进行了仿真分析，理论的瞬态功率容量可达到3.4 GW。     

高性能强流脉冲电子束源关键技术研究

强流脉冲电子束源是高功率微波系统的核心部件之一,针对未来应用需求,亟需从绝缘、束流输运和热管理等多个方面提升强流束源技术性能。介绍了国防科技大学在高功率微波源用强流真空电子束源方面的研究进展。针对高功率微波管保真空需求,基于陶瓷金属钎焊,设计并研制了一种强场陶瓷真空界面,耐压大于600 kV、平均绝缘场强达到44 kV/cm、耐受脉宽大于80 ns,重复频率运行稳定;研制了一种基于SiC纳米线的强流电子束源冷阴极,在90 kV/cm的场条件下获得了1.17 kA/cm2的束流密度,相比传统天鹅绒阴极,SiC纳米线阴极的宏观电稳定性、发射均匀性及运行寿命均得到显著提高;针对相对论返波管,研制基于螺旋水槽型的强流电子束收集极,克服了高比能和低流速的矛盾,耐受热流密度达到1012 W/m2,能够满足系统长脉冲、高重复频率运行要求。     

一种高功率微波源真空保持研究

针对一种陶瓷真空界面、天鹅绒阴极和不锈钢外壳的无氧铜压封高功率微波管,利用真空设计软件VacTran建立了系统抽气模型,模拟了真空室主要材料放气率和抽气曲线;通过吸气剂简单吸气模型,对保真空过程中吸气剂的吸气行为进行了模拟。实验对比了高功率微波管真空室在常温和烘烤状态下抽真空至10-4 Pa量级所需的时间。在真空度满足要求后,采用非蒸散型吸气剂（NEG）作为吸气泵进行保真空实验,静态下保真空超过30 d后,真空度仍维持在210-4 Pa。在此基础上,对保真空状态下的高功率微波管进行加速寿命实验:温度为80 ℃,累计时间超过140 h,真空度仍好于110-2 Pa,据此估计高功率微波管在常温下保持真空度高于110-2 Pa的时间超过1年。     

高功率微波在等离子体填充波导中的谐波产生

采用等离子体流体理论，研究了高功率微波在等离子体填充波导中的谐波产生，导出了非线性波动方程. 对二次谐波产生进行了数值计算与分析. 理论分析和数值计算表明，高功率微波将在等离子体填充波导中激发起谐波，TE_0n模式与TM_0n模式的基波都将激发起TM类型的谐波. 关键词： 高功率微波 谐波产生 等离子体填充波导     

二维非正交坐标斜方格金属光子带隙结构

金属光子带隙结构在高能加速器、微波真空电子器件和太赫兹波源等方面具有重要的应用前景.基于实空间传输矩阵理论，详细研究了非正交坐标系下二维斜方格金属光子带隙结构，给出了计算横电模、横磁模完全带隙结构的一般公式，并分析了填充系数、任意斜角及金属柱横截面对带隙结构的影响.计算结果在退化为正方格情况下时，与其他方法的计算结果取得很好的一致. 关键词： 光子晶体 金属光子带隙 传输矩阵法 微波真空电子器件     

S/X波段低损耗波导真空窗技术研究

低损耗波导真空窗具有优异的微波特性和真空密封性能,是高灵敏度致冷接收机的关键部件.文中介绍了波导真空窗的工作原理和应用场合,给出了详细的设计模型和性能指标.     

MC55低阻抗强流脉冲电子加速器研制

介绍了MC55低阻抗强流脉冲电子加速器的结构及主要技术参数,给出了加速器的初步调试结果。该加速器由Marx发生器、10Ω水介质单筒形成线、高压自击穿气体开关、水介质传输线和真空二极管组成。经过初步调试,该加速器可以产生电压500 kV,电流50 kA,脉冲宽度50 ns的强流电子束。目前MC55加速器已应用于同轴虚阴极振荡器高功率微波源的实验研究。     

功率容量大于1GW的组合式旋转关节

用耦合波理论分析了过模圆波导中不同模式之间的转换和波导弯曲半径之间的关系,研制了弯曲角度为90°的过模圆波导弯头,设计了一种结构简单的TM01过模圆波导旋转结构。对圆波导弯头和旋转结构的高功率测试证明,它们在X波段功率容量均大于1 GW,微波传输效率均大于93%。在此基础上,提出了一种组合式旋转关节,该关节能够在方位和俯仰上实现360°旋转,可应用于高功率微波的发射天线。     

HL—1真空室的运行状态分析

ＨＬ－１托卡马克从１９８４年建成至１９９２年底共进行了８年，获得了丰硕的物理实验和工程技术的科研成果，真空室运行状态总的来说是良好的。本文描述真空室在高功率放在实验运行了８年后的主密封结构状态、孔栏烧蚀、真空壁主其污染概况等。     

一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0~360°相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5dB,相频曲线呈线性关系。