一种高功率折线栅极化转换天线罩的设计

设计了一种用于高功率径向线螺旋阵列天线的极化转换天线罩。利用三层介质层包夹双层金属折线,形成密封的埋入式折线栅结构。在实现圆极化与线极化相互转换的同时,又避免金属与空气接触,可以提高功率容量。分析了埋入式折线栅单元各参数的影响,并优化单元参数,以此构建埋入式折线栅极化转换天线罩并加载至X波段高功率径向线螺旋阵列天线,分析了天线的基本性能以及功率容量。仿真结果显示:天线匹配良好,增益和波束宽度变化很小,中心频率轴比由1.16 dB变为40 dB,圆极化波转换为线极化波效果良好;经初步分析,极化转换天线罩的功率容量为121 MW,实现了极化转换天线罩的高功率应用。     

高功率内置弧形折线栅式极化转换天线罩的设计与实验研究北大核心CSCD

为了实现天线罩的轻量化,同时满足高功率的应用,提出了一种高功率内置弧形折线栅式极化转换天线罩。该天线罩将弧形折线栅式极化转换板放置于介质密封罩内部,通过对弧形折线栅单元结构及介质密封罩结构的联合设计,在实现轻量化的同时降低了金属栅上的电场,使其更加有利于在高功率微波领域的工程应用。针对C波段高功率线极化螺旋阵列天线的应用需求,优化设计了一个中心频率为4.3 GHz的高功率极化转换天线罩,将其加载至某高功率径向线螺旋阵列天线上开展了辐射特性和功率容量的仿真和测试,仿真和实验结果吻合,该天线罩可实现圆极化波到线极化波的转换,其中心频率下的插入损耗为0.2 dB,主射方向轴比为20 dB,功率容量达到48 MW。     

紧凑型宽谱高功率微波辐射器仿真设计

为了提高宽谱高功率微波辐射源的辐射因子,提出采用双路同步输出的宽谱谐振器驱动2×2宽带高功率贴片天线阵的技术思路。设计了一种双路同步输出的宽谱高功率脉冲谐振器,由两个同轴谐振腔尾尾相连,并共用一个环形对地开关,实现两路宽谱脉冲的同步产生与输出,通过对"T"形充电结构进行优化,使输出宽谱脉冲幅值达到充电电压的0.89倍。2×2宽带高功率单层贴片天线阵采用气体基底和单层贴片结构以降低重量,单层贴片设计为E形以拓展工作带宽,通过对天线阵几何参数进行全局优化,优化后的天线阵百分比带宽为47%(驻波比VSWR小于2),中心频率300 MHz的增益为11.8dB。对天线阵工作过程中的电场强度分析表明,在天线罩内填充105 Pa的SF6气体时,理论功率容量可达到7.4GW。对整个辐射系统的电性能进行了仿真分析,系统的理论辐射因子可达谐振器充电电压的2.8倍。     

低功率驱动的高功率微波放大器实验研究

在器件设计上,针对低功率驱动的高功率微波放大器或高增益放大器中的高次模激励和自激振荡问题,采取了降低电子束同器件前端结构耦合等措施,来保证器件在工作区间完全处于放大状态,通过PIC模拟,设计了低功率驱动的S波段高功率微波放大器(电子束:流强7.5 kA,电子能量750 kV),注入微波6.8 kW时,模拟微波输出功率1.7 GW,增益53.9 dB.在Sinus加速器平台上开展了相应的实验研究: 注入微波62 kW时,微波输出功率达到2.04 GW(电子束:流强8 kA,电子能量800 kV), 输出频率 关键词： 高功率微波 微波器件 高增益 模式控制     

X波段同轴多注相对论速调管放大器的初步实验研究

为了提高相对论速调管放大器的工作频率和输出功率,结合三重轴相对论速调管和多注速调管的特点,设计了工作在X波段的同轴强流多注相对论速调管放大器,对强流多注电子束在多注器件结构中的传输、电子束经过输入腔和中间腔后的基波调制以及经过输出腔的微波提取过程进行了实验研究,得到了初步的实验结果.在输入微波功率30 kW,频率9.375 GHz,电子束电压670kV,束流5.3 kA,轴向引导磁感应强度0.8 T的条件下,得到了最大输出微波功率为420 MW,效率为12%,增益为41 dB,输出微波频率与输入微波一致.实验证实了采用同轴强流多注相对论速调管放大器实现X波段高功率微波放大的可行性,为后续更高功率研究打下了基础.     

宽带高功率贴片天线阵列辐射特性

 为提高宽带高功率微波辐射天线的总体功率容量和增益,研究了2×2宽带高功率贴片天线阵列的阵元互耦特性、馈电功分器设计及对宽带电磁脉冲的辐射特性。阵元采用宽带高功率双层贴片天线,分析了阵元反射和互耦系数随阵元间距的变化关系,结合增益变化曲线,选取阵元间距为30 cm。优化设计了1分4的同轴功分器,采用阻抗渐变方法,提高了功分器的带宽,使其在224~415 MHz时的反射系数小于0.1。模拟了带功分器的完整天线阵,结果表明天线阵带宽达到了57.4％,280~390 MHz频带范围内的增益大于12 dB,在360 MHz时达到最大增益14.23 dB,对中心频率320 MHz,带宽10％的宽带电磁脉冲辐射效率为868％,峰值功率增益大于11 dB。     

镀镍碳纤维复合材料的电磁脉冲屏蔽效能

研究了连续碳纤维表面化学镀镍工艺,并利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)分析了纤维的微观形貌、镍层成分和镍层结构。测试了镀镍碳纤维和镀镍碳纤维复合材料的导电性能。制备了镀镍纤维为增强材料的抗电磁脉冲复合材料。在场强大于20kV/m的环境下测试了复合材料在频率为1.3,2.8,4.3,9.4GHz处的高功率微波电磁脉冲屏蔽效能。结果表明复合材料的高功率微波电磁脉冲屏蔽效能均大于60dB,其中2.8GHz下出现最大值91dB。     

kW级功率驱动的锁相高功率微波发生器

针对kW级微波驱动的锁相GW高功率微波,设计了一个高增益(大于50 dB)四腔相对论速调管放大器(RKA)。模拟表明,在此条件下高次模振荡严重影响器件的锁相实现。由此,将RKA结构与正反馈振荡电路结合起来,建立相应的等效电路来研究这种高次模激励的物理过程(即高次模的激励与中间腔之间耦合强度的相关性)。在高次模振荡的等效电路(即正反馈振荡电路)中,用衰减电阻代替结构中的微波吸收层来研究高次模振荡的抑制机理,衰减电阻通过对反馈过程的控制,提高了电路的自激振荡起振电流。在结构上按照衰减电阻要求设计了微波吸收层,将高次模振荡的起振电流提高到大于器件的工作电流,实现了高增益(约60 dB)条件下高次模激励的抑制。模拟获得了4 kW微波功率驱动的2.3 GW锁相高功率微波,增益接近60 dB。在LTD加速器平台的实验结果表明:注入微波由固态RF种子源提供(功率10 kW),输出功率达到1.8 GW,增益为52.6 dB,90 ns内输入和输出微波的相对相位差小于±10°,实验上实现了kW级注入微波对GW高功率微波的相位锁定。     

C波段相对论行波结构放大器设计

根据盘荷加载慢波结构的色散关系,设计了C波段高功率行波结构放大器,器件采用轴向微波功率提取降低输出端的反射,并在隔离段中加入微波吸收体切断放大器中自激振荡的正反馈过程,输出腔采用锥形过渡以降低Q值,减少电子注回流,有效抑制了放大器中自激振荡。在2.5维PIC模拟中得到功率890MW、频率5.64 GHz的微波输出,增益35.6 dB,效率32%。     

矩形开口波导天线特性的数值模拟

 利用电磁场模拟软件模拟了BJ100矩形开口波导的增益特性,探讨了法兰和波导长度对矩形开口波导增益的影响,得出了开口波导增益随波导长度以半波长为周期振荡的规律。为了减小增益随频率的振荡,抑制法兰对开口波导增益的影响,采用在波导外壁宽边贴覆吸波材料的办法。数值模拟表明:在波导外壁宽边贴上吸波材料后,增益随频率振荡的现象减弱或消失,矩形开口波导方向图的主瓣变宽,中心的增益值最大,满足高功率微波辐射场测量中使用的要求。     

模式匹配与积分方程在HPM模拟中的应用

针对具有电大尺寸、厚介质罩且馈源采用特定模式激励的高功率微波(HMP)传输及辐射结构研究了一种新型的电磁建模技术。将模式匹配方法与积分方程方法进行混合,构建了电磁模型的方程组,采用多层快速多极子技术、预条件器等进行求解加速,最终形成了可对电大尺寸HPM传输、辐射系统进行高效全波电磁仿真的技术。以电大变张角喇叭馈源、功率合成天线、波束波导及波束波导天线作为实例,构建了几何及电磁模型,并进行了包括远区方向图、近区功率密度分布在内的数值模拟,对该技术的正确性和通用性进行了验证。结果表明,该技术边界拟合准确,内存消耗低,且对馈电模式能予以准确反映,适用于HPM传输发射的高效高精度模拟。     

单方环结构左手材料微带天线

设计了一种简单的双面单方环结构左手材料,在4.8–5.25 GHz频率范围内该材料的等效介电常数和等效磁导率同时为负.将此单方环左手材料作为覆盖层,置于中心工作频率为5.0 GHz的微带天线之上. 仿真和实验研究表明:相对普通微带天线而言,覆层微带天线的性能得到了明显改善, E面和H面的半功率波束宽度分别收缩了25°和20°,定向性得到了提高, 5 GHz处的增益提高了3 dB, -10 dB带宽增加了600 MHz. 关键词： 单方环结构 左手材料 微带天线     

高功率超宽带变压器油透镜天线设计与仿真

将TEM喇叭天线密封进填充变压器油的尼龙天线罩中,只要合理设计尼龙天线罩外形,使变压器油形成聚焦透镜,不仅能提高天线的功率容量,还能改善其辐射特性。基于变压器油的缩波效应和椭球的几何性质,借助几何光学理论,设计了一款具有聚焦能力的椭球变压器油透镜。变压器油的缩波效应能够增大TEM喇叭天线电尺寸,使TEM喇叭天线的辐射特性得到初步改善,透镜的聚焦能力使天线的定向性得到进一步改善。为了验证理论分析的正确性,另外设计了一款不具有聚焦能力的球状变压器油透镜作为参照,两款透镜天线仿真结果与理论分析吻合。与大气中的TEM喇叭天线相比,椭球变压器油透镜使TEM喇叭天线主波束变窄,远场电压峰峰值提高56.97%,阻抗带宽低频端从0.28GHz扩展到0.2GHz,功率容量达到18.43GW。     

等效环路有限差分算法及其在人工复合材料设计中的应用

本文实现了一种新颖的等效环路有限差分算法, 这种算法借鉴传输线算法的思想, 在Yee氏网格中引入等效集总元件, 包括常规介质中的等效串联电感、并联电容和左手材料中的等效并联电感、串联电容等. 良好的物理思想使其可以提供适用色散介质计算的收敛性条件, 更加适合仿真计算频率选择表面和超材料等色散介质. 为了提高其计算效率, 研究了核内加速技术, 这种技术理论上可达到最高4倍的加速, 实际应用中得到2倍左右的加速效果. 使用该算法进行了超材料吸波体结构的设计, 通过单双环电阻加载实现宽带电磁波吸收功能. 隐身天线罩对于实现天线的带外隐身有着重要作用, 利用该算法设计了工作频率为1 GHz, 隐身频带在3 GHz到9 GHz的天线罩. 并与两个加工样品的测量结果进行了比较, 对比的结果验证了算法的正确性. 同时核内加速技术的有效性也通过仿真时间比较得到了验证. 关键词： 等效环路有限差分算法 核内加速 超材料吸波体 隐身天线罩     

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）     

等离子体有源透镜天线的特性分析

 应用高功率微波大气传输机理和等离子体物理理论，提出了一种新概念天线-等离子体有源透镜天线。简要概述了其实现方法，并对其反射、透射、吸收、工作带宽和最佳工作频率等特性参数进行了分析与计算。该天线根据需要可聚束ＨＰＭ工作波，也可将外来入侵的ＨＰＭ波聚束后发送回原处，可形成空间有源滤波等器件。     

高功率单层径向线螺旋阵列天线的设计与模拟

 在研究磁探针耦合特性的基础上，设计了中心频率为4.0 GHz的3圈36单元高功率单层径向线螺旋阵列天线，各圈距中心位置分别为45，90，135 mm，单元个数分别为6，12，18。该天线采用磁探针代替电探针给短螺旋单元天线馈电，通过同轴-径向线模式转换器实现径向线TEM外行波激励，采用调整磁探针的探入深度和绕轴旋转短螺旋单元天线的方法改变单元的激励幅度与激励相位。数值模拟结果表明：该口径为324 mm的天线在中心频率上可获得21.58 dB的增益，口径效率可达78.2％，轴向轴比值为1.73；在3.8～4.2 GHz的频率范围内增益大于20.85 dB，口径效率大于73.2％，轴向轴比值小于2.0，反射系数小于0.27，辐射效率大于93%。     

高功率超宽谱双反射面天线优化设计与实验

对高功率超宽谱双反射面天线系统进行了优化改进设计,兼顾辐射性能、馈入反射和功率容量。采用沿能流线设计的粗胖实体结构代替板状TEM喇叭极板结构,增加低频电流的回流通道,从而改善天线馈入反射特性。将副反射面设计为尼龙箱体内、外两部分,使其与尼龙箱体之间的连接螺钉不再突出于高压电场中,优化后最大场强下降了约70%,功率容量达到59 GW,通过Taguchi优化算法对组合馈源喇叭结构进行整体优化,天线辐射因子rE(辐射场峰值与观测点距离乘积)提高了1.2倍。优化后的天线系统进行了高功率实验,实验结果表明:天线系统功率容量达到30 GW,辐射因子超过8 MV。