同轴线法阻抗测量平台中高频接头的研制

研制宽带传输性能良好的高频接头是用同轴线法测量纵向阻抗的一个技术关键.介绍根据同轴器件设计中的错位过渡和共平面补偿的原理,利用MAFIA软件设计高频接头的方法.利用该方法,已成功地设计了一种可同时完成拉紧内导体细丝和阻抗匹配两种功能的高频接头;优化设计后,模拟计算结果为20GHz带宽内反射系数小于0.1,加工件初测已达到17GHz内反射系数基本小于0.2的良好效果.     

高功率回旋行波管新型输出渐变段的设计

利用正余弦拟合的方法和半径渐变波导的耦合波理论设计出一种Ka波段TE01模回旋行波管新型输出渐变段。通过Matlab数值计算和HFSS仿真优化,研究了该新型渐变段的反射系数、传输参数、模式纯度、对杂模的耦合等性能指标。计算结果表明:在长度为80 mm、口径由14 mm变化到32 mm的情况下,在30～33 GHz该新型渐变段的传输参数大于-0.000 52 dB,反射参数小于-65 dB,模式纯度大于0.995,对TE02模和TE03模耦合在-40 dB以下。在等长度和等口径下,与Dolph-Chebyshev渐变段进行比较,结果显示在30～33 GHz内,新型渐变段比其传输参数更好、反射参数更小、模式纯度更高等。测试样品的冷测实验结果为在28～35 GHz范围内,其反射参数小于-30 dB,传输参数大于-0.3 dB。     

同轴线法在小孔径真空元件阻抗测量中的应用北大核心CSCD

粒子加速器中真空元件的阻抗是引起束流不稳定的重要原因。基于储存环的新一代同步辐射光源的设计发射度更小,相应地要求更小的真空盒孔径,进而带来阻抗的显著增加,这就要求在设计阶段对真空元件的阻抗进行准确的评估和优化。阻抗测量是验证阻抗模型准确性的重要手段,而同轴线法是常用的实验室测量方法。对小孔径真空元件同轴线法纵向阻抗测量进行了研究,针对窄带阻抗元件,使用pillbox腔开展了相关的阻抗测量,研究了不同的内导体尺寸对于测量结果的影响,同时基于尾场模拟、散射参数模拟以及本征模模拟对测量结果进行了验证,模拟和测量结果符合很好,并证明原有的内导体导致谐振峰频移的理论分析应用于小孔径元件时存在偏差。此外针对非窄带阻抗元件,对条带冲击磁铁结构进行了同轴线法阻抗测量,研究了内导体对结果的影响,验证了同轴线法测量的有效性。     

10~45 GHz宽频段同轴输入窗设计

为满足微波管放大器对宽频段输入窗的需求,并保证馈源的真空密封需求,提出并设计了一种适用于宽频段微波放大器的同轴输入窗。该宽频段同轴输入窗采用渐变圆环形陶瓷,材料介电常数为9.3,窗片厚度为2.5 mm, 内径为2.14 mm,外径为5 mm,渐变段长度为6.5 mm。利用三维高频电磁仿真软件CST对其建模分析,并对同轴内外结构尺寸和陶瓷渐变结构进行优化仿真,得出该宽频带同轴输入窗能够在10～45 GHz频带内实现插入损耗小于0.5 dB。     

一种矩形截面切伦柯夫脉塞金属周期慢波结构的分析方法

 分析了矩形截面切伦柯夫脉塞周期金属慢波结构的色散特性,以及结构参数的变化对色散曲线的影响。为避免慢波结构两端突变引起的反射振荡,采用等效电路法分析了用于连接光滑波导和慢波结构的渐变段。将线性形、两段形和指数形的渐变段进行了比较。指数形渐变段末端的功率反射系数最小, 并且整体的变化最平缓, 因此可将其作为实现慢波与快波间转换的较优选择。分析了频率和实际加工误差对指数形渐变段功率反射系数的影响:在频率较小时,功率反射系数也较小;固定频率下,较小的加工误差能使交界处功率反射系数的变化较平缓。在此基础上设计了一个功率反射系数小于0.01的指数渐变段,实现了工作模式和快波模式之间的良好匹配。与耦合模理论分析方法相比,等效电路方法更为简洁,二者结果相符合。     

基于表面阻抗边界条件的等离子体薄涂层电磁散射的时域有限差分分析

基于表面阻抗边界条件时域有限差分(FDTD)方法研究了一维斜入射情况下非磁化等离子体薄涂层涂敷金属材料的电磁散射特性, 该方法忽略对薄层背景材料进行网格剖分, 大大减少了计算量. 首先推导了理想导体涂敷等离子体薄涂层的表面阻抗频域表达式, 然后代入边界条件并变换到时域, 再用分段线性递推卷积方法将时域表达式离散得到FDTD迭代式. 编程计算了垂直及斜入射情形下的平行极化和垂直极化反射系数, 通过验证算例与解析解对比, 结果表明该方法的准确性和有效性. 最后利用该方法分析了不同入射角对反射系数的影响.     

用于宽带高功率微波辐射的双层贴片天线特性

 研究了用于宽带高功率微波辐射的双层贴片微带天线输入阻抗带宽和辐射特性,提出一种适合于高功率微波辐射的圆锥传输线馈电结构以减小传统馈电探针的引线感抗,使天线的功率容量提高到百MW级,同时作为同轴线到径向传输线的过渡变换,使反射系数降低近50%。通过数值计算分析了不同的介质基底厚度组合和贴片尺寸对天线带宽的影响,优化参数后的天线带宽达到了34.9%(电压驻波比小于3),带内平均增益高于6.5 dB,最大增益8.3 dB,主辐射方向上的远场辐射因子与馈入宽带脉冲幅度比值大于1.3。分析了天线的功率容量,模拟计算表明该天线可用于辐射幅值300 kV的宽带高功率微波。     

椭圆外导体-矩形内导体同轴线的特性阻抗

本文提出用图形逼近和取尺寸上、下限值的几何平均值的方法,计算椭圆外导体-矩形内导体同轴线特性阻抗。矩形截面内导体的内切共焦椭圆和外接共焦椭圆,通过保角变换,变成同心圆。矩形变成近于矩形的闭合曲线,二同心圆分别为它的最小值和最大值,取二者的几何平均值,与同轴椭圆截面外导体同时变成的同心圆,构成一个标准同轴线,得到了特性阻抗公式。并由此推导出椭圆外导体-微带内导体、圆形外导体-方形内导体、圆形外导体-矩形内导体及圆形外导体-微带内导体等各种同轴线的特性阻抗的初等函数表示式。给出了上述几种同轴线的特性阻抗准确数值。 关键词：     

同轴反射三极管振荡器的数值模拟

 提出了一种新型的同轴反射三极管振荡器并对其进行了数值模拟研究。新模型在阴极底座处延伸出一定半径和长度的内导体到互作用区,使得互作用区有了一定的电场梯度,有助于电子在虚阴极和阴极之间来回反射。另外,阴极内导体的引入也使得该器件要求的电子束阻抗可以较高,阴阳极间距可以较大。在电子束电压和电流分别为590 kV和19.1 kA、输出区波导半径为5.6 cm、二极管阴阳极间距为2.5 cm时,通过参数优化,模拟得到输出频率、周期平均功率和效率分别为3.62 GHz,1.7 GW和15%的微波输出。对器件的物理机制进行了初步分析,结果表明反射电子的振荡对微波的产生起主要作用。     

强流脉冲束流位置探测器标定装置物理设计

从强流脉冲电子直线感应加速器电子束流位置探测器测量原理出发,进行了标定装置物理设计,确定标定装置采用同轴结构,对束流探测器位置测量精度和测量范围、偏心同轴线对位置标定结果的影响进行了理论分析,并根据分析结果确定同轴结构内外导体相对位置调节范围、同轴线长度和特性阻抗。电路模拟和实验测量结果验证了在非匹配传输条件下可以得到满足位置标定要求的快脉冲信号波形。     

超宽带天线中同轴到平板过渡研究

 从理论上分析了渐变式传输线阻抗变换的反射与频率的关系，进而分析了同轴到平板过渡的电压驻波比关系式； 用3维FDTD方法动态模拟了瞬态脉冲信号在同轴到平板过渡中的传输过程，分析了信号在过渡中的损耗，设计了具有高功率容量的渐变式同轴到平板过渡和TEM喇叭天线，对渐变式同轴到平板过渡的反射和带过渡结构的天线方向图进行了测量。实验表明瞬态脉冲信号经过同轴到平板过渡没有产生畸变，适当选择过渡长度可使脉冲传输效率大于85%。实验结果验证了理论和数值模拟的结果。     

脉冲功率电缆的受力分析与结构优化北大核心CSCD

强电磁力是造成脉冲功率电缆损坏的主因,其限制了脉冲功率电缆的通流能力。对同轴电缆导体层的受力情况进行了仿真,探讨了电缆导体结构对脉冲功率电缆通流能力的影响。列举了使用过的一种同轴电缆,分析了该种电缆外导体层的受力情况和结构变化趋势,并讨论了试验结果。进一步对另一种结构的同轴电缆进行了分析和试验,认为其具有更好的抗电磁力能力,试验结果表明,其峰值电流达到208kA,通流能力达到6.9kA/mm^2,验证了这种电缆结构的优越性。     

Linear intermode conversion of electromagnetic wave energy in a magnetically soft gyrotropic material

The excitation of axial radio-frequency (rf) magnetic induction by an axial rf current is observed in a conductor with circular magnetic anisotropy when a weak magnetizing field is applied. The conductor is an amorphous cobalt-based wire, which exhibits azimuthal magnetic anisotropy. It serves as the central conductor in a coaxial line. The axial rf magnetic induction produces an emf in an induction coil coaxial to the conductor. The induction coil is part of a matched receiving circuit. The power conversion coefficient is as high as tens of percent. The measurements demonstrate the high sensitivity of the conversion coefficient to an external field. The theory of ferromagnetic resonance faithfully describes the results of the observations. Zh. Tekh. Fiz. 69, 58–63 (March 1999)     

Electromagnetic field distributions in waveguide-based axial-type microwave plasma source

We present results from simulations of 2D distributions of the electromagnetic field inside a waveguide-based axial-type microwave plasma source (MPS) used for hydrogen production via methane reforming. The studies are aimed at optimization of discharge processes and hydrogen production. We derive equations for determining electromagnetic field distributions and next determine the electromagnetic field distributions for two cases – without and with plasma inside the MPS. For the first case, we examine the influence of the length of the inner conductor of the coaxial line on electromagnetic field distributions. We have obtained standing wave patterns along the coaxial line and found resonances for certain positions of the coaxial line inner conductor. For the case with plasma inside the MPS, we perform calculations assuming that distributions of plasma parameters are known. Simulations are done for several values of maximum electron density. We have found that for values of electron density greater than strong skin effect in the plasma is observed. Consequently, plasma may be treated as an extension of the inner conductor of the coaxial line. We have used FlexPDE software for the calculations.     

三导体螺旋脉冲形成线的输出特性

 采用横电磁波传输理论,分析了三导体螺旋脉冲形成线（PFL）（包含内筒、螺旋中筒和外筒）的脉冲形成过程,给出了螺旋PFL的波阻抗、慢波系数、输出脉冲的平顶波动幅度等特征参数的计算公式。研究表明:三导体螺旋PFL具有与螺旋传输线同样的波阻抗和慢波系数;螺旋PFL的输出脉冲平顶波动,随着慢波系数或负载阻抗的增大而减小。     

具有螺旋内筒和螺旋外筒的Blumlein线

提出了具有螺旋内筒和外筒的同轴Blumlein线的结构。采用横电磁波传输理论分析脉冲形成过程,该结构具有传统Blumlein线内外线独立传输的典型特征,给出了特征阻抗、慢波系数等参数的表达式;原理实验输出脉冲顶部平坦,顶宽占半宽的80%,输出辐值和半脉宽与理论计算基本一致,验证了该结构产生长脉冲的可行性;指出了该结构容易受周围环境导体的影响,外部环境导体距离越远对脉冲输出的影响越小,在螺旋外筒底部与接地导体平板之间填充铁氧体磁芯,可把两者距离从500mm缩减至100mm。