同轴波导内金属支撑杆的散射特性研究

对同轴波导内传输TEM模时金属支撑杆的散射特性进行了研究。通过将同轴波导等效为窄边是磁壁的矩形波导,建立了金属支撑杆的散射场计算模型,用积分方程法得到了散射场的计算公式,其计算结果与有限元方法仿真结果吻合良好。分析计算和实验表明：当同轴波导传输TEM模时,n根角向均匀分布的支撑杆在同轴波导内激励起一系列TE(mn)1模式;当n大于同轴波导截面平均周长与波长之比时,金属杆所激励的高阶模截止,输出和反射模式仅为TEM模,其反射系数随支撑杆根数或支撑杆半径的增加而增大,随频率的升高而减小。     

同轴转弯波导的设计与实验研究

提出了一种同轴转弯波导。介绍了该同轴转弯波导的基本原理,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的同轴转弯波导,并对此同轴转弯波导进行了实验研究。实验结果表明：同轴转弯波导在中心频率4.0 GHz 下,传输损耗约为0.17 dB,驻波系数为1.2;在3.8～4.2 GHz的频率范围内传输损耗小于0.2 dB,驻波系数小于1.25。同轴转弯波导内部无介质支撑,且体积小,结构简单,易于实现,适用于高功率微波馈线系统中的同轴波导的转弯和连接。     

同轴转弯波导的设计与实验研究

提出了一种同轴转弯波导。介绍了该同轴转弯波导的基本原理,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的同轴转弯波导,并对此同轴转弯波导进行了实验研究。实验结果表明:同轴转弯波导在中心频率4.0 GHz下,传输损耗约为0.17 dB,驻波系数为1.2;在3.8~4.2 GHz的频率范围内传输损耗小于0.2 dB,驻波系数小于1.25。同轴转弯波导内部无介质支撑,且体积小,结构简单,易于实现,适用于高功率微波馈线系统中的同轴波导的转弯和连接。     

复合结构偏心对同轴波导电磁特性的影响

采用三维电磁仿真软件CST Microwave Studio,数值模拟了内外导体轴线复合结构偏心对同轴波导电磁特性的影响。结果表明:当内外导体的轴线同时存在平行偏心和倾斜偏心时,改变了波导的边界条件,从而导致同轴波导的S21参数和电场幅值实质性下降。随着复合结构偏心程度的加剧,同轴波导的S21参数和电场幅值减小越大。同时,复合结构偏心比平行偏心或倾斜偏心单独存在时对同轴波导电磁性能的影响更大。因此,在同轴波导的实际制作过程中,应尽力避免发生复合结构偏心。     

一种新型同轴TEM-圆波导TE11模式变换器

 提出了一种新型同轴插板式模式变换器，可以实现同轴TEM到圆波导TE₁₁模式的变换。介绍了这种模式变换器的工作原理：即通过在同轴波导中沿轴向插入金属板，将同轴TEM模变换成扇形截面波导TE₁₁模，进而利用不同扇形截面波导中的相移改变电场分布的轴对称性，在同轴波导中形成同轴TE₁₁模，最后将同轴TE₁₁模转换为圆波导TE₁₁模式。基于这一原理设计了一个中心频率为3.8GHz的同轴TEM-圆波导TE₁₁模式变换器，并进行了数值模拟。模拟结果表明：这种模式变换器可以承受高功率，中心频率上转换效率为98.5%，转换效率大于90%的带宽超过10%，在3.5~4.1GHz的频率范围内反射损耗低于0.3dB。     

半径渐变同轴波导模式耦合系数研究

为了用耦合波理论研究一些同轴结构的高频特性,推导了半径渐变同轴波导内模式耦合系数的计算公式,发现半径渐变圆波导模式耦合系数只是同轴波导模式耦合系数的特例。对同轴波导中的模式及其本征方程根的特点进行了讨论,通过建立同轴波导模式和矩形波导模式之间的对应关系,给出了同轴波导模式本征方程根的快速计算方法。对所给模式耦合系数公式进行了验证,耦合波理论计算结果与有限元方法计算结果吻合良好。     

半径渐变同轴波导模式耦合系数研究

 为了用耦合波理论研究一些同轴结构的高频特性，推导了半径渐变同轴波导内模式耦合系数的计算公式，发现半径渐变圆波导模式耦合系数只是同轴波导模式耦合系数的特例。对同轴波导中的模式及其本征方程根的特点进行了讨论，通过建立同轴波导模式和矩形波导模式之间的对应关系，给出了同轴波导模式本征方程根的快速计算方法。对所给模式耦合系数公式进行了验证，耦合波理论计算结果与有限元方法计算结果吻合良好。     

具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计

基于模式耦合理论,在理论推导出弯曲同轴波导TEM模和同轴TE11模之间耦合系数显式表达的基础上,报道了可传输同轴TE11模的弯曲同轴波导的设计方法和计算结果,并进行了实例研究。数值仿真结果表明：设计的具有同轴结构的弯曲波导,利用不同的同轴空间,在P,L,S波段中心频率0.680,1.575和3.75 GHz处TE11模单模传输效率超过了99.5%,单模传输效率超过90%的工作带宽分别为0.60～0.83,1.10～2.42和3.10～4.16 GHz。该结构的功率容量在各频段均达到了GW量级。     

基于同轴波导的1分16功分器的设计与实验

针对高功率固态源多路功率分配技术的需要,设计并研究了一种基于同轴波导的多路功率分配器件。通过分析同轴波导传输特性与阻抗匹配理论,利用电磁仿真软件设计了一种S波段1分16功分器模型,并加工出实物进行实验测试。实验结果表明：该功分器在2.28～2.86 GHz,相对带宽约23%频率范围内,输入端反射系数S11≤-15 dB;在2.37～2.57 GHz,相对带宽约8.1%频率范围内,输入端反射系数S11≤-20 dB;输出幅度不平衡度±0.1 dB,相位不平衡度±5°。该功分器满足输出幅度与相位一致性要求,可应用于S波段百瓦级连续波功率分配。     

环状截面同轴金属波导的特性研究

以电磁场理论为出发点，对满足环状截面同轴金属波导边界条件的麦克斯韦方程组求解，得到了环状同轴波导管内的电磁场各分量方程，并以TE模灰例详尽分析了环状金属波导管中的模式特征、色散关系、光束传播及其强度分布特性。     

同轴线-矩形波导结散射特性的数值分析

 提出了一种数值分析同轴线-矩形波导结散射特性的模式匹配方法。采用同轴线和矩形波导的本征模函数表示电磁场分量,通过同轴线-矩形波导结截面横向场分量匹配获得波导结的散射参数,引入电场模式匹配矩阵的解析形式提高了计算效率。给出了基于模式匹配法数值仿真的各种同轴线-矩形波导结散射特性及仿真结果分析,并与3维全电磁波分析软件HFSS的仿真结果进行了比较,二者非常吻合。模式匹配法计算效率高,能广泛应用于微波毫米波元器件及系统结构的设计与优化。     

高功率微波在等离子体填充波导中的传播特性

 在考虑有质动力情况下对高功率微波在等离子体填充波导中的传播特性进行了理论分析和数值计算,研究了高功率微波在等离子体中的传播特性和微波场强与等离子体密度分布之间的关系。结果表明高功率微波的有质动力将影响微波色散特性,使微波场强分布偏离Bessel分布,并对等离子体有排开作用,当场强足够大时可将波导中心处等离子体排空形成低密度通道。     

高功率同轴波导Ubitron放大器的高频特性研究

 用三维非线性理论，对高功率同轴波导Ubitron放大器进行了研究。该Ubitron放大器采用环形相对论电子注与同轴波导的TE₀₁模相互作用。通过数值模拟，在Ku波段得到了2.24MW的输出功率，其效率为10.9%，带宽为35% 。数值计算结果表明：电子注的自场导致饱和功率减少，频带变窄，增益下降。使用摇摆器幅值渐变，器件工作效率从10.9%提高到12.3%。     

同轴波纹返波管色散特性研究及粒子模拟

 计算了同轴波纹慢波结构的色散特性,分析了波纹周期长度、波纹幅值大小以及同轴内导体半径对慢波结构色散特性的影响。研究表明内导体的存在使系统截止频率升高,系统尺寸可比普通波纹波导慢波系统更大, 并且可以采用大半径电子注并工作在低磁场状态。运用Magic软件对同轴波纹返波管进行了数值模拟, 发现同轴波导内场分布有利于注波互作用,在数值模拟基础上设计出高效率、低磁场的非均匀同轴波纹返波管,互作用效率达60%,聚束磁场小于1 T。     

外开槽同轴波导传播特性

 根据满足边界条件的一系列电磁场方程,采用场匹配法,详细推导了外开槽同轴波导的特征方程。在外开槽同轴波导光滑内同轴半径等于零的情形下,即变成外开槽圆波导,得到其特征方程。数值模拟了外开槽同轴波导及外开槽圆波导中TE₀₁模式的传播特性,得到了不同尺寸外开槽同轴波导开槽间隙半张角和槽深与特征根的变化关系。结果表明:开槽越深,间隙半张角越小,特征根值越小。     

脊加载同轴交错圆盘波导的高频特性

提出脊加载同轴交错圆盘波导慢波结构,并用电磁场仿真软件HFSS对其色散特性和耦合阻抗进行了计算,分析了不同结构参数对其高频特性的影响。研究表明:脊加载同轴交错圆盘波导有较好的色散特性,它比非同轴结构的带宽有明显增加,同时可以降低慢波结构的相速,用作行波管慢波结构时可以降低工作电压。脊加载同轴交错圆盘波导是一种全金属结构,散热性能好,损耗低,在毫米波及亚毫米波段的行波管中有较好的应用前景。