负载不匹配对大功率速调管输出特性的影响

 采用微波等效电路和3维电磁场计算软件研究了负载不匹配对大功率速调管输出腔的谐振频率、间隙阻抗和外观品质因数的影响。并采用1维大信号计算软件研究了负载不匹配对速调管效率的影响。对C波段速调管的研究表明：对于单间隙输出腔,负载不匹配对谐振频率影响较小,对间隙阻抗和等效外观品质因子影响较大,当负载驻波比为1.5时,谐振腔的谐振频率变化约35 MHz,间隙阻抗实部最大值变化为3 660~7 998 Ω,等效外观品质因子变化为36.9~93.5,中心频率处的效率下降4.6%。对于滤波器加载输出电路,负载不匹配对阻抗-频率特性和效率-频率特性有较大影响,当负载驻波比为1.5时,中心频率处的效率下降11.2%。当负载驻波比小于1.2时,负载失配对速调管性能的影响较小。     

窄带高温超导滤波器的研制

介绍了S波段窄带高温超导滤波器的设计过程,采用仿真建模和拓扑结构优化关键技术,在不需调谐的情况下,研制成功中心频率2.1GHz,带宽6MHz,群延时起伏在4.3MHz(71.7%带宽)内达到了18.321ns,插入损耗小于0.5dB,带边陡度大于17dB/MHz,驻波比优于1.5的高温超导滤波器,有利于器件的工程化应用。     

空带高温超导滤波器的研制

介绍了S波段窄带高温超导滤波器的设计过程,采用仿真建模和拓扑结构优化关键技术,在不需调谐的情况下,研制成功中心频率2.1GHz,带宽6MHz,群延时起伏在4.3MHz(71.7％带宽)内达到了18.32Ins,插入损耗小于0.5dB,带边陡度大于17dB/MHz,驻波比优于1.5的高温超导滤波器,有利于器件的工程化应用...     

X波段高功率负载的优化设计与测试

利用三维电磁场仿真软件CST进行了圆形水室水负载的仿真设计，先后设计的两种不同规格的负载驻波比分别为1.032 5和1.055 3，在50 MW的峰值功率下，峰值场强分别为21.16 MV/m和17.57 MV/m；并探究了陶瓷片和水的介电性质对驻波比的影响；测试驻波比分别为1.058 2和1.076 3。对一种圆筒水负载进行了优化设计，结果表明其具有很高的功率耐受水平。最后设计了一种不锈钢干负载，对其吸收齿结构和长度进行了优化，使其更利于加工。使用ANSYS对干负载结构进行了热应力分析，结果显示，最高温度和最大应力分别为83.478 ℃和63.917 MPa，最大形变为0.072 971 mm。     

基于波形测试的异质结双极型晶体管器件负载失配影响分析

大功率电磁脉冲冲击下,射频集成微系统内部容易产生负载失配问题,严重者可能导致系统失效甚至损毁。采用实时的波形测试方法,对射频器件的负载失配进而导致器件损毁的机理进行了分析。该方法以矢量网络分析仪作为主要测试仪器,结合回波信号注入和相位参考模块获得待测器件实时电压电流波形,进而分析其负载失配影响机制。采用有源负载牵引技术模拟大功率耦合电磁脉冲注入,进行了电压驻波比39∶1的失配测试,大幅提升了测试范围。创新性地采用了谐波信号源注入模拟杂散谐波电磁干扰,评估器件的谐波阻抗失配特性。通过实际异质结双极型晶体管（HBT）器件测试的结果表明,基波的失配会造成负载端电压过大,增加器件的易损性;基波和谐波频率的干扰分量组合使得输出电压瞬态峰值升高,造成器件的损毁。在进行电磁安全防护时,应同时考虑基波和谐波频率的防护。     

基于ADS的2.25GHz低噪声放大器的设计与制作

首先介绍用ADS软件仿真设计S波段低噪声放大器的方法,在仿真过程中,采用带封装模型的原理图-版图联合仿真的方法;然后对制作出的放大器在工作频段2.15—2.35GHz内测试,测试结果和电路仿真结果基本一致:输入输出驻波比均小于1.2,增益达到25dB,且带内增益波动为±0.4dB,噪声为0.7dB;最后对放大器进行了低温(液氮环境)测试,结果表明该放大器在低温下也能正常工作。     

非线性传输线高功率实验北大核心CSCD

设计了基于交叉耦合铁氧体非线性传输线高功率射频微波产生系统,系统由脉冲形成线、非线性传输线以及高功率匹配负载(或组合振子辐射天线)组成。由100kV高压电源和高压微波电缆构成单传输线高功率脉冲形成线,形成线输出脉冲幅度35kV,脉冲半宽60ns。高压脉冲经过非线性传输线的脉冲压缩和调制,与高功率匹配负载相连时,实验得到了峰峰值31kV、中心频率308 MHz、3dB带宽为13%的射频振荡脉冲;与组合振子天线相连时,实验得到了中心频率380MHz、3dB带宽为12%的宽谱辐射。实验结果与数值模拟基本吻合。     

高功率线极化径向线阵列天线优化及实验研究

为了提高高功率线极化径向线阵列天线性能(口径效率及反射特性等),实现更优的径向线线极化阵列天线辐射,通过提高单元天线性能、调整阵列布局、改进馈电径向线和探针这3种途径对其进行了优化,并对其进行了理论分析、数值仿真和实验研究。实验结果表明:在中心频率1.57 GHz下,驻波比为1.19,增益为17.65 dBi,轴比为-39.2 dB;在1.47~1.77 GHz的频率范围内驻波比都小于1.4。     

一种紧凑型宽带高功率微波源设计与测试研究

设计了一款体积紧凑、工作在特高频波段的宽带高功率微波源,系统利用24 V蓄电池供电,Marx发生器作为驱动源,采用四分之一波长开关振荡器调制产生宽带电磁脉冲,激励高功率微带平板天线辐射,测试结果显示系统工作中心频率为425 MHz,远场辐射场强-距离积峰峰值为91.5 kV@1 m,该微波源体积尺寸为871 mm×370 mm×330 mm,含电池质量小于43 kg,拓展了宽带高功率微波技术在无人机、机器人等平台的应用前景。     

一种基于波导并联结构的高功率铁氧体移相器

提出了一种多路波导并联结构,用于实现高功率移相器。目前的铁氧体移相器,为实现高功率容量,通常采用双铁氧体磁环结构。仿真分析了各尺寸参数对双环移相器传播模式、相移效率及功率容量的影响,并进行优化设计,使移相器功率容量达到百kW量级。基于双环形式,采用一种多路波导并联结构,使其功率容量达到MW量级。经匹配设计后,移相器在9.25~9.8 GHz频率范围内,驻波比小于1.4,饱和差相移在390左右,可实现X波段MW级高功率360电控移相。     

S波段多路径向线功率分配器的设计与实验

为了实现高功率微波的多路等幅同相功率分配,提出了一种新型的使用单圈探针耦合的多路径向线功率分配器。通过对新型探针耦合特性的分析,设计了一个S波段的16路功率分配器模型,并对该模型进行了数值模拟和实验测量。实验结果表明:该功率分配器在2.55~3.15 GHz的频带范围内,驻波比小于1.4,插入损耗小于0.3 dB,输出幅度不平衡度小于±0.5 dB,输出相位不平衡度小于±5°,可以在较宽的频带内实现微波的等幅同相功率分配。     

高功率微波馈源输出窗的研究

 结合物理光学和几何光学，讨论了高功率微波馈源真空输出窗的形状和厚度的设计方法，给出了一个X波段、脉冲功率容量1.5 GW、外径548 mm、高83.4 mm、厚33.4 mm的高斯馈源聚四氟乙烯碟形真空输出窗的设计实例。在中心频率9.3 GHz时测试输出窗的驻波系数为1.07,驻波系数小于1.24的频带为9%,带介质窗的馈源方向图与不带介质窗的馈源方向图基本一致。应用一维传热学理论对介质窗内部的温度分布进行了分析。冷测结果与理论结果基本一致。     

亚毫米波大功率脉冲探测器的初步研制

初步研制了一种用于300~400GHz频段的亚毫米波大功率脉冲探测器。基于强电场下的热电子效应,将n型硅探测芯片置入波导WR10的宽边,构成了探测器的过模探测模块。采用光刻和电镀工艺完成了探测芯片的加工,实现了很好的欧姆接触和尺寸精度。对集成的探测器样机进行了亚毫米波大功率脉冲测试和电压驻波比测量。结果表明:探测器样机的响应时间快达ps量级,相对灵敏度约为0.46kW-1,电压驻波比小于2.4,最大承受功率不小于数十W,与模拟结果符合得较好,满足亚毫米波大功率脉冲的直接探测需求。     

基于超辐射机理产生X波段高功率亚纳秒脉冲研究

设计了一种基于超辐射机理的X波段相对论返波管结构, 利用全电磁2.5维粒子模拟程序对返波管中的超辐射机理进行了粒子模拟研究. 模拟表明: 在束430kV、束流4kA, 脉宽3.1ns的电子束驱动下,实现了峰值功率1.5GW、频率10GHz、脉宽500ps的亚纳秒微波脉冲输出, 峰值功率转换效率达到87.2%;在超辐射机理作用下, 微波峰值功率与电子束脉宽在一定的范围内成平方关系.     

S波段锥形磁绝缘线振荡器长脉冲实验研究

 对一种由弱变和强变结构组成的锥形磁绝缘线振荡器进行了长脉冲实验研究。在二极管电压350 kV左右、电流约25 kA、脉宽约128 ns的条件下,获得了500 MW、脉宽约90 ns的高功率微波输出。对波形中出现的拐点进行了分析,研究表明：二极管电压波形好坏会对微波源的性能造成严重的影响,较好的电压波形是实现长脉冲运行的关键。同时对采用不锈钢平面负载、不锈钢丝网状负载以及石墨负载电子收集极进行了实验研究,研究表明采用石墨收集极可以输出较好的微波波形。     

双脉冲高功率脉冲调制器的设计

采用螺旋线和折叠线技术相结合的方法,设计了一种基于水介质高功率脉冲调制器。该调制器采用了两个开关,通过控制两个开关的导通时刻,可以在两个负载上得到脉冲长度相等的两个脉冲。对该种折叠型传输线的波过程进行了详细分析,给出了过渡段部分阻抗等参数对负载电压的影响;用Pspice电路软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟;最后利用高压同轴电缆,对该种类型调制器进行了低压情况下的验证实验,实验结果与理论分析、模拟研究一致。此种类型的调制器具有结构紧凑、可同时输出两个脉冲的优点。     

S波段多注相对论速调管放大器长时间运行研究北大核心CSCD

为了实现高功率微波源低磁场及长时间稳定运行,开展了S波段GW级多注相对论速调管放大器(RKA)的理论模拟设计与实验研究。首先,采用一维大信号非线性理论软件优化设计了S波段4腔多注RKA,找到了器件工作的最佳参数:采用电压550 kV、束流4.7 kA的14注RKA,获得功率1.1 GW、效率43%的输出微波。随后,采用粒子模拟软件对理论设计的束波互作用参数进行了验证,获得了输出功率992 MW,器件效率为37%。最后,根据模拟参数开展了器件重频长时间运行实验研究。采用紧凑同轴Marx功率源驱动S波段四腔多注RKA,在电压530 kV、束流5.4 kA、重频20 Hz、运行时间1 s、引导磁场强度0.39 T、注入微波功率1.7 kW的条件下,获得了功率934 MW、脉宽69 ns的输出微波,束波转换效率33%。在器件重频20 Hz、运行时间10 min条件下,坚实了平均功率889 MW、平均脉宽42 ns的输出微波。该研究结果为S波段RKA的低磁场和长时间运行打下了的技术基础。     

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The hardware design of solid-state anode high-voltage power supply in electron cyclotron resonance heating system (ECRH) is presented. The anode power supply uses the method that combined high-frequency pulse width modulation (PWM) and phase shift modulation (PSM) control technology. The former in the supply uses the SG3525 to control the IGBT to complete the high frequency invert. The latter is made up of a total of 59 modules connected in series. The output voltage of each module is basically stabilized by feedback of the first stage module output voltage. DSP controls the number of PSM module on and off and the 59th module BUCK circuit duty cycle to achieve the output voltage of the superimposed output, and the output voltage can be adjusted within the full range of 35kV with accuracy less than 0.1kV, the output current up to 200mA, modulation frequency more than 1kHz. The anode power supply has three operating modes, and the rising edge time of the waveform can be adjusted within 3ms. The results tested from dummy load and ECRH experimental platform show that its performance is stable, and the hardware design method is feasible.     

定向耦合法测量非标准接口元件驻波系数

 利用网络分析仪，根据需要在设定的频率范围进行扫频测量，网络分析仪的端口1输出的微波信号经过微波传输转换器进入与待测非标准元件匹配连接的连接段（如波导）；网络分析仪的端口2连接定向耦合器，用于监测传输段内的反射微波信号。首先，在非标准接口端面连接短路面，通过网络分析仪测量反射信号在设定频点的相对幅度值；然后去掉短路面，在非标准接口端面连接待测元件，再次测量反射信号在特定频点的相对幅度值；最后根据本文推导的公式得出驻波系数。该方法的测量误差与定向耦合器的方向性（方向性系数越大越好）和待测元件驻波系数有关。将该方法运用在非标准接口匹配负载驻波系数的测量中，定向耦合器方向性系数取为40 dB，测得其驻波系数小于1.2，误差小于20%。该方法简便可行，可以用于测量常用的非标准接口元件尤其是非标准低驻波系数元件的驻波系数。