脉冲压缩系统中气体开关对功率增益的影响

 对高功率微波脉冲压缩系统中气体开关对功率增益的一些重要影响进行了较详尽的理论分析，包括气体开关在导通过程中吸收微波能量，等离子体瞬间功率损耗使得谐振腔固有品质因数的下降，开关导通后等离子体并非理想良导体等，并将这些影响用修正系数来加以体现，对原有的用微波等效电路理论推导出的功率增益公式加以修正，使得理论公式的精确度由原来的60%提高至约85%。     

高功率微波脉冲压缩储能谐振腔的测量与调试

储能谐振腔是高功率微波脉冲压缩系统实验的核心部件，精确测量有关储能腔参数，修正谐振腔尺寸，调整实验系统的微波参数，使储能阶段H—T的泄漏最小、谐振腔的储能效率达到最大是非常关键和必要的。介绍了L波段高功率微波（HPM）脉冲压缩谐振腔的微波参数的测量，并根据微波参数测量的结果对谐振腔进行了调整，使谐振腔的储能效果明显改善；分析了不同气体成分及充气气压与本征频率之间的关系及其抗击穿性，作为工作介质，SF6含量为30％-50％，SF6-N2混合气体综合性能较好的。     

SES微波脉冲压缩系统瞬态特性的模拟研究

 通过MATLAB编程，实现了储能切换（stored energy switch）方式产生高功率微波脉冲瞬态响应过程的模拟。程序可用于研究微波压缩系统的功率增益、储能转换效率及脉宽压缩比等主要指标与系统开关耦合腔的固有品质因数、输入与输出耦合系数的关系；并可用于对工作频率失谐、“开关”导通前的泄漏及“开关”启动时间的影响等进行分析，输出瞬态响应过程图像。     

L波段双频磁绝缘线振荡器的实验研究

根据角向分区产生双频率高功率微波（HPM）的设计思路,开展了基于谐振腔深度角向分区模型的L波段双频磁绝缘线振荡器（BFMILO）的实验研究,建立了BFMILO的实验系统和测量系统,热测了BFMILO的辐射方向图,通过辐射场功率密度积分得到了输出微波的功率.在电子束电压约为420kV,管电流约为34kA的条件下,L波段BFMILO输出的微波频率分别为1.26GHz和1.45GHz,对应的微波功率分别为398MW和222MW.并初步得到了谐振腔深度的角向分区比例不同的BFMILO的初步实验结果.实验研究得到了 关键词： 角向分区 磁绝缘线振荡器（MILO） 双频MILO（BFMILO） 高功率微波（HPM）     

利用速调管放大器产生高功率微波拍波实验研究

在高功率微波（HPM）拍波效应实验中，采用了一种利用单只速调管放大器获取HPM拍波的方法.实验结果为：输出HPM拍波主频率位于S波段，拍频范围10—120MHz可调，拍波脉冲峰值功率可达1MW，脉冲重复频率最高可达500Hz，实验获取的拍波已成功应用到各类电子系统的HPM拍波易损性效应实验中. 关键词： 拍波 高功率微波（HPM）     

HPM脉冲压缩双路并联功率合成实验

2002年初在HPM脉冲压缩实验中用微波自击穿开关和储能切换法脉冲压缩技术获得了功率339MW，脉宽11．4ns，功率增益79．5倍，重复频率12．5Hz的微波脉冲输出。为了进一步提高脉冲压缩系统的稳定性和输出功率水平，提出了HPM脉冲压缩双路并联功率合成的最新方法，在2004年内进行了实验系统的调试及初步的实验研究工作。     

脉冲压缩系统微波输入耦合窗的设计

在高功率微波(HPM)脉冲压缩系统中，储能谐振腔能否实现最大储能效率，微波输入耦合窗的正确设计是非常重要的。谐振腔与波导管之间采用的是耦合孔，当假定腔体是无耗时，则其等效传输线电路如图1所示。jX^-L与jtanβd的并联构成了耦合孔平面处总的归一化输入阻抗为Z^m=jX^-L tanβd/(X^-L tanβd)希望空腔谐振在谐振时与波导匹配，     

高功率微波天线增益测试方法研究

介绍了几种天线增益的测试方法,并根据高功率微波(HPM)天线的特殊性,提出了一种窄脉冲激励下HPM天线增益测试方法。利用直接功率测量方法,将窄脉冲信号源作为发射信号源,通过标定不同脉冲宽度下接收天线的最大接收功率,开展实验研究,测得窄脉冲条件下天线的增益值。测试结果表明:在脉冲宽度大于25 ns的微波脉冲激励HPM天线时,天线增益测试结果与连续波条件下天线增益测试结果相同。     

L波段高功率微波脉冲压缩双路并联功率合成结构设计

通过理论研究，提出了采用高功率微波(HPM)脉冲压缩双路并联功率合成的办法，使用同样一套微波源可使微波输出功率比单路输出提高1．5倍以上。脉冲压缩双路并联功率合成，实际使把直接输入型矩形波导腔以开关为对称轴做了一个镜像波导，并把两者连接起来。由于对称，两者工作情况一样，开关至两个H-T口中线之间的距离是1，4波长的奇数倍，其储能腔长是1／2波长的整数倍。开关导通时，开关处可以看作放了一个短路板，这样储能谐振腔就被分为两个对称部分，一起输出脉冲。由于两部分的输出功率大小一样而相位相反，因此，用一个E-T合成器就使两路输入功率相加后输出，输出功率将大大提高。     

高功率微波辐射场功率阵列测量装置研制

基于高功率微波辐射场分布积分方法,通过衰减、延迟、合路等技术手段,研制了一套高功率微波辐射场功率阵列测量实验装置。该装置仅利用一台示波器就可以同时测得16个不同点处的高功率微波辐射场波形,由此得到不同点处的功率密度,在辐射天线方向图旋转对称的条件下,利用编写的程序可以迅速求得单次、短脉冲高功率微波源的空间辐射功率,并在X波段相对论返波管高功率微波源功率测试中得到应用,为高功率微波功率测量特别是单次HPM功率测量,提供了一种新的功率测量阵列装置。     

孔缝对金属腔体强电磁脉冲耦合特性影响研究

核电磁脉冲和高功率微波等强电磁脉冲易造成电子设备功能失效甚至损毁,在实际工程实施中用金属腔体对电子设备进行屏蔽是常用的强电磁脉冲抑制手段。基于电磁仿真计算,对含矩形孔缝金属腔体的强电磁脉冲耦合特性进行了系统研究,阐述了孔缝宽长比、腔体尺寸等因素对多种不同类型强电磁脉冲（核电磁脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波）作用下腔体内耦合场的影响;并以此为基础,重点分析了强电磁脉冲与含孔缝金属腔体之间的作用机制。研究结果表明:不同类型强电磁脉冲耦合信号差异明显,金属腔体对强电磁脉冲的响应是腔体谐振模式、孔缝谐振频率与强电磁脉冲共同作用的结果;当腔体谐振模式、孔缝谐振频率在强电磁脉冲的带内时,腔体内部的耦合场会出现增强效应;特别地,腔体与孔缝间的相互作用还可造成腔体与缝隙的谐振频率发生偏移。因此,在为电子设备设计金属屏蔽外壳时,应基于不同强电磁脉冲的频带范围,对腔体与孔缝的尺寸进行综合设计,抑制腔体、孔缝谐振及谐振频率偏移,提升其强电磁脉冲防护性能。     

高品质因数谐振腔的储能过程和泄能过程

为了计算高品质因数谐振腔的储能过程和泄能过程,将高品质因数谐振腔的输入膜片和输出结构分别建模为一个二端口网络和一个三端口网络,根据高品质因数谐振腔的信号流图,提出了一种基于递推的数值计算方法。用该方法设计了一个工作在2.92 GHz附近的基于BJ32波导的高品质因数谐振腔,给出了谐振腔的储能过程和泄能过程。当输入膜片开口宽度取20 mm、输出膜片开口宽度取60 mm时,计算得出的谐振频率为2.9198 GHz,饱和储能时间为2.6 μs,输出脉冲宽度6.82 ns,输出峰值增益为129.6,能量效率为0.169。     

锁频锁相的高功率微波器件技术研究

综述了中国工程物理研究院应用电子学研究所锁频锁相的高功率微波器件最新研究成果,主要包括稳频稳相的相对论速调管放大器和注入锁相的相对论返波管振荡器.针对高功率长脉冲相对论速调管研究中遇到的问题,介绍了该放大器的束波互作用特点、杂频振荡抑制、脉冲缩短、高频段高功率运行、高增益等物理、设计与实验中的关键技术研究概况,使其功率、相位稳定性、增益等性能有了显著提高,S波段环形单注相对论速调管实现了高功率稳相输出,重频25 Hz运行时输出功率大于1 GW,脉宽大于150 ns、相位波动18°,高增益运行时在注入微波功率数kW条件下也实现类似功率和相位水平;采用同轴多注器件结构,突破了速调管高频段运行条件下高效率电子束引入和高功率束波转换技术等难题,使X波段相对论速调管在注入功率30 kW条件下实现了功率大于1 GW的放大输出,效率为34%,相位波动为15°.在掌握相对论返波管技术的基础上,利用返波管的高效率和结构紧凑的优点,开展了注入调制电子束锁相的相对论返波管研究,采用百kW级的种子微波实现了对GW量级输出微波的相位锁定.该研究结果对功率合成、粒子加速和多功能雷达等技术具有重要的推动作用.     

微波谐振器系统的调谐实验研究

圆台谐振腔和微波产生及传输装置可以形成一套和外界独立的微波谐振器系统.由于壁面上电磁压强差的作用,圆台谐振腔可能产生净电磁力,这需要从实验上给予证明.为此首先应对独立的微波谐振器系统进行调谐实验研究,使系统时刻处于谐振状态,这是实验证明净电磁力存在的重要保证.为此,本文对圆台谐振腔进行低信号调谐实验,同时配合调谐元件,准确地调试2.45 GHz频率下的谐振状态,分析温度对谐振状态的影响.实验结果表明该微波谐振器谐振频率2.44895 GHz、品质因数117495.0823,而且当腔体壁温升高时谐振频率减小、品质因数出现周期性振荡.     

微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体耦合的数值模拟研究

利用时域有限差分(FDTD)方法对微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体的耦合过程进行了数值模拟研究. 如果孔缝填有介质, 则预期对微波耦合进入腔体的物理过程有重要影响, 研究了微波与带介质孔缝矩形腔体耦合的过程中影响介质孔缝耦合共振峰和共振频率点的因素, 包括孔缝长度、宽度和介质相对介电常数等物理量的影响. 通过大量不同孔缝尺寸的模拟研究, 发现孔缝的介质对孔缝耦合共振频率有明显影响, 我们对微波与带介质孔缝耦合发生共振的公式进行了拟合, 最后得出了微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体耦合的共振条件.     

高功率谐振式波导缝隙阵宽角扫描技术

在传统高功率缝隙波导阵列中,缝隙间的相互耦合严重影响了阵列的宽角扫描能力。以实现阵列宽角波束扫描为目标,通过分析阵列扫描特性,从提高缝隙阵元间隔离度的角度出发,提出在阵列中引入隔离栅结构,降低了阵元间耦合对阵列大角度扫描时的影响。在此基础上,设计了基于波导窄边斜缝的谐振式阵列天线,采用电磁仿真软件优化阵列。数值模拟结果表明,未采取措施前阵列的最大扫描范围为±34°,引入隔离栅后扫描范围可扩大至±45°,波导端口S₁₁≤?10 dB,增益仅下降了2.3 dB,单根缝隙波导功率容量达330 MW,有应用于高功率微波领域的潜质。     

Two-dimensional imaging of two types of radicals by the CW-EPR method

New EPR resonators were developed by using a ceramic material with a high dielectric constant, epsilon=160. The resonators have a high quality factor, Q=10(3), and enhance the sensitivity of an EPR spectrometer up to 170 times. Some advantages of the new ceramic resonators are: (1) cheaper synthesis and simplified fabricating technology; (2) wider temperature range; and (3) ease of use. The ceramic material is produced with a titanate of complex oxides of rare-earth and alkaline metals, and has a perovskite type structure. The resonators were tested with X-band EPR spectrometers with cylindrical (TE(011)) and rectangular (TE(102)) cavities at 300 and 77K. We discovered that EPR signal strength enhancement depends on the dielectric constant of the material, resonator geometry and the size of the sample. Also, an unusual resonant mode was found in the dielectric resonator-metallic cavity structure. In this mode, the directions of microwave magnetic fields of the coupled resonators are opposite and the resonant frequency of the structure is higher than the frequency of empty metallic cavity.     

宽谱窄脉冲高功率微波产生的初步研究

为了探索短电脉冲产生高功率微波技术,采用理论和粒子模拟方法分析了短电脉冲(脉宽不大于30ns)驱动S波段相对论扩展互作用腔振荡器(REICO)产生高功率宽谱的技术可行性,开展了原理性的实验验证。采用Marx发生器产生的前沿15ns、后沿30ns、电压560kV、束流2.8kA的类三角形电子束脉冲激励REICO,模拟产生了410MW、脉宽8ns、相对瞬时带宽2.7%的微波,实验输出了160MW、脉宽10ns、中心频率2.75GHz、瞬时相对带宽2.8%的高功率微波。     

双路脉冲输出结构理论设计与仿真

基于单台脉冲功率驱动源同时驱动两个微波器件产生双频高功率微波的构想,设计了一种双路短脉冲输出结构,其接于主开关后,能够将主开关产生的高压纳秒脉冲传输至高功率微波产生器。两路脉冲由同一脉冲源产生,具有很好的一致性。对双路输出结构脉冲传输过程进行了建模仿真,研究了传输线阻抗、输入脉冲前沿等电学参数对输出波形质量的影响规律,并完成了绝缘风险分析及结构优化。经评估,在前沿4～8 ns的准方波输入脉冲下,双路脉冲输出线的输出波形质量与单路传输线相当,其过冲振荡均小于20%、平顶振荡均小于1%,且能满足绝缘要求。