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。     

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%。     

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。     

一种直角转弯圆波导模式转换器设计

设计了一种尺寸紧凑并具有高功率容量的圆波导TE₁₁-TM₀₁模式转换器,结构呈直角转弯形状。该转换器利用传输TE₁₁模式的圆波导与其E面分支耦合进行模式转换,并在TM₀₁输出端口的反向传输短路面加入调配螺钉来拓宽频带。设计结果表明,转换器在工作频率12.7 GHz处的转换效率为99.6%,大于90%的带宽约20%,填充SF₆绝缘气体工作时可获得12 MW的功率容量。     

基于过模波导的高功率微波准相干功率合成器

研究了一种用于功率合成的GW级高功率微波功率合成器。该合成器工作在X波段,输入微波由2路工作频率不同的X波段的微波源产生。为了满足输出功率和功率容量的要求,用于功率合成的微波源工作段波导的过模因子为12.7,这给功率合成器的设计带来了一定的困难。着重讨论了如何利用过模波导设计X波段高功率合成器,研究了如何抑制过模波导的高次模式并提高其功率容量和传输效率。设计的功率合成器单路传输效率达到99.0%以上,允许的最大输出功率达到5.6 GW以上,还可以按照需求适当增大高度,以进一步提高其功率容量而不影响传输效率。     

圆波导TM_(01)-矩形波导TE_(10)模式转换器

设计了一种高功率圆波导TM01-矩形波导TE10模式转换器,可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。仿真结果表明:中心频率为9.7GHz时该模式转换器转换效率大于99.99%,回波损耗小于-40dB,转换效率大于90%时的带宽大于0.4GHz。调节底面短路圆波导长度可以实现模式转换器在9.2~10.1GHz范围内调谐(模式转换效率大于99%)。在圆波导和耦合段连接处引入倒角可有效降低场强,提高功率容量,注入功率0.7GW,其表面场强小于1 MV/cm。     

具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计

 基于模式耦合理论,在理论推导出弯曲同轴波导TEM模和同轴TE11模之间耦合系数显式表达的基础上,报道了可传输同轴TE11模的弯曲同轴波导的设计方法和计算结果,并进行了实例研究。数值仿真结果表明：设计的具有同轴结构的弯曲波导,利用不同的同轴空间,在P,L,S波段中心频率0.680,1.575和3.75 GHz处TE11模单模传输效率超过了99.5%,单模传输效率超过90%的工作带宽分别为0.60～0.83,1.10～2.42和3.10～4.16 GHz。该结构的功率容量在各频段均达到了GW量级。     

X频段连续波100 kW吸收式谐波滤波器研制

为了抑制深空探测高功率发射机谐波能量对接收机的干扰,提出了一种基于渐变漏壁式波导加载吸收负载结构的超大功率谐波滤波器.分析了该结构滤波器衰减损耗特性,并结合电磁场仿真软件,对滤波器整体结构进行了仿真,依据仿真尺寸对滤波器进行了结构设计和样件加工,经过对样件测试,滤波器通带最大插入损耗小于0.3 dB,二次、三次及四次谐波抑制度分别大于75, 50, 35 dB,测试结果与仿真结果基本一致.对滤波器样件进行了高功率实验,在外加液冷条件下,连续波功率容量可达100 kW以上,成功研制出了一种X频段吸收式超大功率谐波滤波器,并已经应用于某型号大功率地面发射机,指标性能良好.     

一种T形高功率微波功率合成器

提出了一种新型功率合成器,其工作原理为:通过在两个相互垂直的过模矩形波导中放置两组相互垂直的金属插板,对具有不同极化方向的矩形波导TE10模进行隔离传输,实现高功率微波的双路通道功率合成。基于这一原理初步设计了一个中心频率为9.55 GHz的功率合成器,并进行了数值模拟。模拟结果表明:这种功率合成器可以承受高功率,单通道工作时的功率容量分别大于7.31 GW和6.83 GW,中心频率上两个通道的单模功率传输效率分别达到了98%和99%,反射损耗分别小于-36 dB和-21 dB,通道之间的耦合损耗分别小于-30 dB和-45 dB。     

高功率平板波导螺旋阵列天线设计

提出了一种工作在C波段的高功率平板波导螺旋阵列天线。以平板波导馈电,降低了馈电复杂性和馈电结构高度;对基本的电探针结构进行改进,通过控制扇形缝隙的圆心角大小来调整耦合量,并采用上下脊结构消除反射;设计了短螺旋天线结构,通过分离的参数分别优化轴比和反射,得到天线的轴比在?7°～7°的范围内小于0.5 dB;构建了一个20单元的直线馈电阵列,通过电探针结构从平板波导中耦合能量,实现了20单元的等幅馈电。最后仿真了一个工作在4.3 GHz,包含20×20个单元的螺旋阵列天线,结果表明:该天线的增益为31.6 dB,口径效率为74%,在4.11～4.43 GHz的频带范围内反射小于?16 dB,功率容量3.6 GW。     

线极化高功率微波双工器空间谐波的选择性

 研究了一种用于GW级高功率微波耦合输出的新型线极化高功率微波双工器,该双工器由周期性的金属圆柱组成。对该双工器的Floquet空间谐波影响因素进行了讨论,得到了双工器空间谐波选择的重要规律,并以此设计了一个S/X波段线极化高功率微波双工器。对其进行的低功率冷测实验发现,该双工器对S/X波段的反射效率和透射效率分别高于97%。在进一步的高功率实验研究中,利用S和X波段1.8 GW,80 ns的高功率微波照射没有发现微波击穿。     

全腔输出相对论磁控管输出模式转换结构的理论设计和数值模拟

采用全腔输出结构后,相对论磁控管径向尺寸显著减小,轴向长度也有较大幅度的缩短.但是,由于输出结构为三个相对独立的扇形波导,实际应用时,一般需要对微波输出模式进行转换.针对全腔输出相对论磁控管,本文研究了两种输出模式转换结构并利用三维全电磁粒子模拟程序对其进行了研究.首先研究了将三个扇形波导角向增宽从而渐变或者突变为一个同轴波导的情况,研究结果表明,两种情况下输出微波功率均大于采用传统三个独立扇形波导输出时的90%,输出模式主要是TEM模.其次研究了输出区由三个扇形输出波导分别变换为三个截面大小与之接近的矩形输出波导的可行性,研究结果表明,注入扇形波导中的TE₁₁模式几乎全部转换为矩形波导中的TE₁₀模式.实际应用时,可根据需要选择上述输出模式转换结构.     

一种高功率微波空间滤波器的设计与初步实验研究

研究了一种新型高功率微波空间滤波器(双工器),该空间滤波器通过放置在天线近场的周期性金属圆柱阵列实现线极化波的反射和透射.通过对比研究低功率条件下放置该双工器前后的辐射方向图,发现该双工器对S波段微波的反射效率达到96%,对X波段微波的透射效率达到97%,隔离度分别达到25dB以上,交叉耦合度在-25dB以下.在S/X波段各自注入1.5GW的高功率微波,脉冲宽度为100ns的条件下,放置双工器后没有发现明显的微波脉冲缩短现象.     

A simplified CAD of millimeter-wave diplexer with E-plane T-junction and all-metal insert filters

An equivalent circuit theory design of a class of rectangular waveguide E-plane T-junction diplexer with E-plane all-metal insert filters is presented. Element values of equivalent circuit models of E-plane T-junction proposed in [1] are computed and approximated. The parameters of the filters designed by [2] are also given. By use of the network combining technique, the scattering matrix of the diplexer is obtained and optimized according to the diplexer specification with a novel objective function. The experimental results show a fairly good agreement with the computed results. The author was a visiting research fellow of the Bradford University during the period of this research project carried out.     

基于交指滤波器的高隔离度宽带双工器设计

针对用于无线通信系统中的高隔离度宽带双工器, 首先将双工器指标拆分为留有一定余量的Tx, Rx滤波器指标, 然后使用微带交指结构和基于耦合系数与外部品质因数的改进方法, 设计出满足指标的宽带Tx, Rx滤波器, 最后使用两种T型结和滤波器组合的结构对双工器进一步设计, 并对这两种结构的微带双工器进行了仿真分析。仿真结果显示, 并行连接的双工器结构紧凑, 但隔离度较差; 串行连接的双工器通带内最小回波损耗为14.16dB, 最大插入损耗为1.01dB, 通带间最小隔离度为53.46dB, 双工器尺寸为8.089 9mm×2.059 1mm×0.302mm, 完全满足指标要求, 并且具有相对带宽大、隔离度高、插入损耗低的优点, 为设计高性能双工器提供了可行性。     

Waveguide devices with homogeneous complementary media

We report the design of microwave waveguide devices based on complementary media. Various kinds of waveguide devices that possess nearly 100% transmission efficiency are proposed, such as waveguide bends, splitters, connectors, and shifters. Compared with previous work on waveguide devices of low reflection and minimized distortion based on transformation optics, our transform media are homogeneous metamaterials. Electromagnetic simulations by a finite-element method on detailed examples have been performed to validate the designs and these functionalities can be close to the practical.     

9.4 GHz过模光滑壁TE11HE11模式变换器设计

采用半径微扰的光滑壁圆波导产生HE11模,避免了常规微波领域中采用的波纹渐变转换器在高功率微波领域应用时易发生齿间打火的不足。采用基于模式耦合理论的迭代综合方法优化了不规则的半径渐变轮廓,使输出产生组成HE11模的混合模式。并通过全电磁波仿真软件进行了对比, 输出波束标量高斯含量在9.1~9.7 GHz范围内均高于99.5%,功率容量4.9 GW。