轴向分区双频磁绝缘线振荡器的数值模拟

 为了便于模式变换器的设计,达到双频微波都能集中辐射的目的,提出一种轴向分区的双频磁绝缘线振荡器,该器件束波互作用区为中间隔开、两端不同周期、不同深度的慢波结构,使电子在上下游与不同频率特性的慢波结构进行束波互作用,得到稳定的双频微波输出。使用2.5维全电磁粒子模拟软件进行数值模拟,在工作电压450 kV,电流40 kA条件下输出微波功率为1.4 GW,功率效率约为7%,输出的微波频率分别为1.25 GHz和1.65 GHz,两者频谱幅度相差约为1.5 dB,模式为TEM模。     

L波段紧凑型TEM-TE11模式转换器

设计了一种适用于窄带高功率微波源系统的紧凑型TEM-TE11模式转换器。该结构首先将同轴波导沿角向分区使微波在各分区内相位传播常数不同,然后将相位传播常数较大的分区进行横向折叠设计以缩短系统轴向长度。分区传播的微波在模式转换器末端相位差达到180时,合成同轴波导中TE11模式。为L波段磁绝缘振荡器设计了模式转换器,并采用数值仿真程序进行计算,在1.31 GHz中心频率上,模式转换器转换效率为95%;在1.23~1.40 GHz频率上,模式转换器效率大于90%,相对带宽13%。将模式转换器应用于磁绝缘振荡器,并测量了天线的定向辐射能力,所得结果与设计一致。     

L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统,系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量,天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板,除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明,设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时,增益为22.7 dBi,天线口径效率为98.3%,反射系数为-25 dB,带宽达到5%,带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2。系统功率容量达到1.92 GW。     

同轴波导中二维金属光子晶体的电磁特性

在同轴传输线内外筒之间引入金属支撑杆,建立了同轴传输线中二维金属光子晶体的物理模型。利用等效电路方法分析其传播情况,通过低频和高频近似得到了两个特征频率。其中,金属光子晶体的第一个带隙从零频开始,到第一特征频率截止;第一个通带从第一特征频率开始,到第二特征频率截止;第一、第二特征频率与金属光子晶体的等效电参数相关。利用CST软件对模型进行了仿真计算,验证了等效电路分析结果的合理性。仿真结果显示,在沿纵向具有N个周期的有限结构中,光子晶体通带分裂成(N-1)个传输峰。并根据其电场分布得到了色散曲线。     

液相外延生长Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3膜及生长机理研究

采用PbO作助溶剂，我们在钛酸锶（STO）衬底上用液相外延方法生长了一层具有特定取向的PZNT岛状外延膜，并通过引入c轴取向的PZT过渡层后，使原来的岛状三维生长转变为二维生长，显著改善了外延膜的质量，获得了几个微米厚、较完整的PZNT膜。实验证明：在氧化镁和铝酸镧（001）基片以及STO（110）／（111）衬底上，PZNT晶粒以自发形核为主，外延生长膜主要呈现岛状形貌；取STO（001）衬底，膜颗粒取向一致性好，并可获得完整的PZNT膜。     

Magnetically insulated transmission line oscillator oscillated in a modified HEM11 mode

This paper puts forward a novel magnetically insulated transmission line oscillator (MILO) for the first time which takes a modified HEM11 mode as its main interaction mode. The excitation of the oscillation mode is made possible by carefully adjusting the arrangements of each resonant cavity in a two-dimensional (2-D) slow wave structure. The high frequency characteristics are analyzed and a PIC simulation is carried out; the detailed results are discussed to get a better understanding of this new MILO. Employing an electron beam of about 441 kV and 39.7 kA, it finds that the modified HEM11 mode MILO generates a high power microwave output of about 1.47 GW at 1.45 GHz. The power conversion efficiency is about 8.4% and the generated microwave is in a TE11-like circularly polarized mode; its polarization direction is decided by the rotation direction of the SWS.     

L波段高阶模抑制型磁绝缘线振荡器研究

根据磁绝缘线振荡器(magnetically insulated transmission line oscillator, MILO)中基模(TM₀₀模)与临近高阶模(HEM₁₁模)高频场分布的区别,采用破坏各腔之间HEM₁₁模π 模谐振条件的方式抑制器件中高阶模产生的方法,提出了高阶模抑制型MILO. 运用三维全电磁粒子模拟软件对高阶模抑制型L波段MILO器件进行模拟研究, 数值模拟结果表面该方法能够抑制器件中HEM₁₁模的产生.在此基础上对器件进行了对比性实验研究, 实验结果表明高阶模抑制型器件能够抑制HEM₁₁模的产生,稳定工作在基模.     

HEM11 mode magnetically insulated transmission line oscillator： Simulation and experiment

A novel magnetically insulated transmission line oscillator （MILO） in which a modified HEM11 mode is taken as its main interaction mode （HEM11 mode MILO） is simulated and experimented in this paper. The excitation of the oscillation mode is made possible by carefully adjusting the arrangement of each resonant cavity in a two-dimensional slow wave structure. The special feature of such a device is that in the slow-wave-structure region, the interaction mode is HEM11 mode which is a TM-like one that could interact with electron beams effectively; and in the coaxial output region, the microwave mode is TE11 mode which has a favourable field density pattern to be directly radiated. Employing an electron beam of about 441 kV and 39.7 kA, the HEM11 mode MILO generates a high power microwave output of about 1.47 GW at 1.45 GHz in particle-in-cell simulation. The power conversion efficiency is about 8.4 % and the generated microwave is in a TEll-like circular polarization mode. In a preliminary experiment investigation, high power microwave is detected from the device with a frequency of 1.46 GHz, an output energy of 43 J 47 J, and a pulse duration of 44 ns-49 ns when the input voltage is 430 kV450 kV, and the diode current is 37 kA-39 kA.     

单频多模磁绝缘线振荡器的3维数值模拟

 为解决实验中经常遇到的输出微波频率不纯问题,提出一种新型磁绝缘线振荡器,采用2维周期慢波结构,使对称模式和低阶非对称模的工作频率相同,在模式竞争条件下得到纯频微波输出。利用3维电磁场软件计算表明,新型磁绝缘线振荡器的慢波结构的对称模式和低阶非对称模的π模谐振频率相同;3维粒子模拟计算表明,在450 kV,40 kA输入条件下,微波输出平均功率由2.4 GW提升至2.8 GW,输出模式为多种模式混合,频率为单一的1.22 GHz。     

Ku波段磁绝缘线振荡器的数值模拟

 根据现有的慢波结构色散特性的理论分析,提出了一种Ku波段的磁绝缘线振荡器（MILO）。与常见MILO的慢波结构不同,该MILO的慢波结构通过增大扼流腔的外半径来实现扼流作用,以防止阴阳极击穿。利用3维电磁场模拟软件对Ku波段MILO的开放腔模型进行了分析,得到其谐振频率为13.536 GHz以及有载品质因数为43。同时利用2.5维全电磁粒子模拟软件对其进行数值模拟,进一步优化了MILO结构,研究了输出微波的功率效率与输入电压的关系,得到的最优工作电压为600 kV。在外加电压600 kV、束流47.4 kA的情况下,模拟得到的平均功率为3.69 GW,中心频率为13.62 GHz,功率转换效率为12.6%。