翼片加载螺旋线慢波系统的特性测量与模拟

 使用Agilent8510C矢量网络分析仪测量了两种不同翼片加载螺旋线慢波系统在2~18 GHz频带内的色散和耦合阻抗。将被测系统等效为适当的微波网络，推导得到去除端口反射影响的慢波系统在微扰前后相位移变化的公式，应用该公式进行修正，可以有效抑制实验结果的波动。运用HFSS软件对实验中两个被测的螺旋线慢波结构进行建模，考虑了高次空间谐波对耦合阻抗的影响，结果表明，色散和耦合阻抗的模拟与实验值均有很好的一致性。     

圆波导梳状慢波结构的耦合阻抗

 对目前慢波结构的模拟计算中存在的问题进行了深入分析，并提出了新的计算耦合阻抗的方法。研究了圆波导梳状慢波结构基波的耦合阻抗,其值可以在较宽频带内大于1 W。该结构内孔径为波长的1/4~1/3，是同一频段螺旋线慢波结构的5倍左右，能容纳比螺旋线大25倍的电流，能够承受比螺旋线大25倍的平均功率。互作用计算表明采用这种慢波结构的行波管在Ka波段可获得的最高功率达170 kW。     

带状注行波管双矩形螺旋线慢波结构高频特性北大核心CSCD

针对新型螺旋线慢波结构——双矩形螺旋线慢波结构,即在金属屏蔽框内平行加载两个具有矩形横截面形状的自由螺旋线慢波结构,利用三维电磁仿真软件对其高频特性(色散特性和耦合阻抗)进行模拟研究。结果表明:在相同位置处,与单矩形螺旋线慢波结构相比,双矩形螺旋线慢波结构色散特性变化很小,却有着更高的耦合阻抗;同时,在包含这些位置的空间部分,可采用带状电子注与该慢波结构进行注波互作用,使输出功率进一步得到提高。     

两阶段脉冲控制螺旋波的数值模拟

提出两种两阶段的螺旋波控制方法,第一阶段用正相脉冲力作用快变量,第二阶段用反相脉冲力作用快变量或用正相脉冲力作用慢变量,用修改后的Br模型进行数值模拟,结果表明:两阶段的脉冲控制方法比单阶段控制方法更有效地控制螺旋波,作用力可以减少到后者力大小的38%~55%.结果建议,可以通过两阶段控制螺旋波的方法改进心脏电除颤.     

磁芯对螺旋线放电波过程的影响

提出了采用渐开线硅钢叠片的变压器磁芯与螺旋线的一体化的长脉冲产生结构;计算了螺旋线引入磁芯后,电磁波延迟传输的慢波系数和波阻抗参数,以及脉冲形成的输出参数,并开展了数值模拟进行验证。研究结果表明:引入磁芯后,螺旋线上慢波传输时,内外筒电流沿磁芯基底而非磁芯表面;磁芯的径向厚度相对磁芯径向尺寸越小,磁芯对脉冲形成的影响越小。     

螺旋线径向挤压变形对其慢波结构冷测特性的影响

 介绍了用MAFIA软件的准周期边界条件计算螺旋线行波管慢波结构的色散和耦合阻抗，以及用ANSYS软件对螺旋线径向挤压变形建模的方法，并对螺旋线受挤压径向变形对其冷测特性的影响进行了详细的分析。结果表明:螺旋线径向挤压变形会导致相速增大，而在通常的变形范围内耦合阻抗也会增加；当变形继续增大时耦合阻抗上升到最大值后开始下降。     

渐变螺距螺旋线慢波系统高频特性的仿真分析

 为实现渐变螺距螺旋线慢波结构高频参数的高精度估计，基于MAFIA仿真平台，研究了螺距变化对超宽带螺旋线慢波系统(4~18 GHz)的色散、互作用阻抗与衰减常数的影响，获得了各高频参数随螺距变化的规律。研究表明：相速几乎随螺距增大而线性变大，互作用阻抗与螺距是非线性的关系，衰减常数随螺距增大而非线性地减小；由于在维持电子注与电磁波速度同步的限制下，螺距变化的幅度不可能很大，因此可近似按线性关系来处理互作用阻抗及衰减常数与螺距之间的关系。由此提出了一种可精确计算渐变螺距螺旋线慢波结构高频参数的方法－线性插值法     

新型半矩形环螺旋线慢波结构高频特性

针对行波管更高工作频率和更大输出功率的发展需要,提出了一种半矩形环螺旋线慢波结构。基于三维电磁仿真软件HFSS的模拟研究表明:调控慢波结构的尺寸可以获得合适的色散特性和互作用阻抗,与现有技术的半圆环螺旋线慢波结构相比较,半矩形环螺旋线慢波结构的色散变化很小,但是具有更高的互作用阻抗值。新结构具有平坦色散、高互作用阻抗、与微细加工技术相兼容以及方便与带状电子束互作用的综合优点。     

螺旋线型水介质长脉冲形成线的设计与改进

 设计了长2.2 m、直径0.40 m、工作电压400 kV、脉宽200 ns的螺旋线型水介质脉冲形成线加速器，并进行了实验研究。为消除输出脉冲的前沿上冲和后沿拖尾现象，分析了脉冲形成线中的连接段与螺旋线阻抗的不匹配对输出波形的影响。用高分子材料加工了内径为10 cm，外径为18 cm的高阻抗环套在螺旋线与主开关之间的连接段上，使这一段的阻抗与螺旋线阻抗接近，并使其电长度减小，消除了前沿上冲，减弱了后沿拖尾，得到了上升沿约18 ns、下降沿约40 ns的近似方波高电压脉冲输出。     

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。     

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。     

一种螺旋型Blumlein线的阻抗特性分析

 提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器,该发生器的螺旋型Blumlein线由内导体（含磁体）、螺旋型中筒和外导体（含磁体）构成,该结构实现了螺旋型Blumlein线和Tesla变压器的一体化。通过对螺旋型Blumlein线的波传输过程分析,给出了慢波系数、开关闭合电流、用于描述形成线闭合开关处界面上波行为的变量因子等参数的计算公式。采用PIC软件对螺旋型Blumlein线的部分波传输过程进行数值模拟,慢波系数等参数的模拟值与计算值基本相符。进行了恒阻抗负载下螺旋型Blumlein线的原理性实验,实验得到的负载波形与编程计算得到的波形基本吻合。     

基于细线径螺旋脉冲形成线的长脉冲产生技术

提出了一种包含内外筒、细线径、多起端密绕的螺旋脉冲形成线(PFL)结构,与Tesla变压器有机组合,构建了长脉冲产生装置,可以实现较高的能量效率,并且结构紧凑,适于重复频率工作。以最大充电电压为结构设计原则,螺旋PFL波阻抗为12.6倍慢波系数,且形成线纵横比大于3.1时,Tesla变压器的耦合度能达到0.95;以形成线最大储能为结构设计原则,螺旋PFL波阻抗为7.5倍慢波系数,且形成线纵横比大于2.0时,Tesla变压器的耦合度能达到0.95。实验结果与理论分析吻合得较好。     

基于Tesla变压器和螺旋线的长脉冲发生器

 提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器，该发生器的螺旋型形成线包含有磁性材料构成的内导体棒和外屏蔽。形成线通过内置的高耦合Tesla变压器充电，变压器的初级线圈紧靠外磁芯导体，次级线圈位于螺旋中筒和外筒之间。对这种结构的螺旋线进行了特征参数的理论计算和波传输数值模拟，并进行了简单的原理验证实验。实验结果表明：这种设计是合理的、可行的。     

螺旋线型μs量级高压长脉冲形成线设计

 详细介绍了一种螺旋线型μs量级高压长脉冲形成线的设计方案,率先将螺旋线的结构形式应用于μs量级高压长脉冲发生器设计。形成线的内导体为螺旋线,工作介质为去离子水,形成线的等效电容为41.25 nF,等效电感为6.06 μH,特性阻抗为12.1 Ω,输出脉冲宽度1 μs,最高充电电压1 MV,最大储能20.6 kJ,匹配状态下输出电压约500 kV。设计结果表明:与采用传统的单筒直线结构相比,在获取同等脉冲宽度的条件下,采用螺旋线结构可使脉冲形成线的长度缩短75%左右。     

螺旋Blumlein脉冲形成线的放电分析

 利用拉普拉斯方法严格求解双电报方程,得到了内外线传输时间不相同的螺旋Blumlein脉冲形成线在纯电阻负载上输出电压波形的解析表达式,分析并讨论了螺旋Blumlein脉冲形成线内线传输时间等于外线、小于外线和大于外线等3种情况下输出电压的特点,同时与波过程分析方法进行了比较,结果完全一致。研究结果表明,对于内外线非等传输时间的螺旋Blumlein脉冲形成线,与传统Blumlein脉冲形成线相比,具有其显著的特点。     

一种非均匀的双路脉冲产生结构

提出了一种非均匀的双路脉冲发生器,采用非对称的高/低阻双路输出,结构上类似于同轴Blumlein线,其形成线包含内筒、中筒和外筒三个同轴圆筒,形成线与Tesla变压器一体化。为获得一致的终端输出阻抗,低阻输出端采用同轴线一分多结构,以匹配高阻输出端阻抗,高阻输出端的输出幅值相对较高,低阻一分多输出端形成低幅值的多路均匀脉冲输出。此外还给出了一组产生超宽谱非均匀脉冲串的设计实例,多路输出脉冲经延迟传输可形成首脉冲幅值较高、后续脉冲幅值均匀的组合脉冲。