基于圆柱谐振腔的高功率微波脉冲压缩系统

提出了一种新型的基于圆柱谐振腔的高功率级波脉冲压缩系统,介绍了该系统的结构形式,给出了部分关键器件的数值模拟结果,对系统的功率容量及品质因数进行了初步分析.对于高功率微波(HPM)脉冲压缩系统来说,系统的功率容量与最终获取的HPM功率大小密切相关,谐振腔的固有品质因数与系统效率密不可分,工程实践表明,相对于基于矩形谐振腔的脉冲压缩系统,本文设计的基于圆柱谐振腔的脉冲压缩系统功率容量可提高一个量级,谐振腔的固有品质因数可提高5倍以上. 关键词： 高功率微波 脉冲压缩 谐振腔 功率容量     

L波段高功率微波脉冲压缩双路并联功率合成结构设计

通过理论研究，提出了采用高功率微波(HPM)脉冲压缩双路并联功率合成的办法，使用同样一套微波源可使微波输出功率比单路输出提高1．5倍以上。脉冲压缩双路并联功率合成，实际使把直接输入型矩形波导腔以开关为对称轴做了一个镜像波导，并把两者连接起来。由于对称，两者工作情况一样，开关至两个H-T口中线之间的距离是1，4波长的奇数倍，其储能腔长是1／2波长的整数倍。开关导通时，开关处可以看作放了一个短路板，这样储能谐振腔就被分为两个对称部分，一起输出脉冲。由于两部分的输出功率大小一样而相位相反，因此，用一个E-T合成器就使两路输入功率相加后输出，输出功率将大大提高。     

高功率微波脉冲压缩储能谐振腔的测量与调试

储能谐振腔是高功率微波脉冲压缩系统实验的核心部件，精确测量有关储能腔参数，修正谐振腔尺寸，调整实验系统的微波参数，使储能阶段H—T的泄漏最小、谐振腔的储能效率达到最大是非常关键和必要的。介绍了L波段高功率微波（HPM）脉冲压缩谐振腔的微波参数的测量，并根据微波参数测量的结果对谐振腔进行了调整，使谐振腔的储能效果明显改善；分析了不同气体成分及充气气压与本征频率之间的关系及其抗击穿性，作为工作介质，SF6含量为30％-50％，SF6-N2混合气体综合性能较好的。     

高功率微波脉冲压缩技术实验研究

 建立了利用储能切换法实现微波脉冲压缩的实验装置并进行了实验研究。在输入脉冲功率为2.7MW,脉冲宽度为1.4μs的情况下,脉冲压缩功率增益近40,输出微波脉冲功率为106MW,脉宽为13～14ns。实验结果表明输出功率增益与气压和气体成分没有明显的联系,气体击穿的分散性可能是导致输出功率增益波动的主要原因。     

一种三传输线型亚纳秒脉冲压缩装置

介绍了一种采用三传输线型形成线压缩技术直接产生高功率亚纳秒脉冲的方法。给出了脉冲压缩的理论分析,设计了相应的脉冲压缩装置,并采用Pspice软件建立了电路模型,计算结果显示脉冲压缩装置的功率增益可达到2.25倍,验证了理论分析。基于现有的CKP1000超宽谱脉冲源,建立了完整的脉冲压缩实验系统并展开实验研究,结果表明:脉冲压缩装置在入射脉冲电压220 kV、脉宽5 ns的情况下,可产生峰值电压295 kV,半高宽约800 ps,前沿400 ps的亚纳秒脉冲,脉冲压缩装置的功率增益约为1.8倍,实验结果与理论值基本相符。     

利用爆磁压缩发生器产生高功率脉冲高电压

 爆磁压缩发生器产生脉冲高电压技术可以用于产生高功率微波及强电磁脉冲的实验研究。给出了利用螺旋型爆磁压缩发生器（HEMG）驱动电爆炸丝功率调节系统产生高功率脉冲高电压的实验方法和主要的结果。在利用HEMG驱动电爆炸丝断路开关（EEOS）产生脉冲高电压实验中，获得了最高电压700~800kV,功率大于20GW的脉冲输出。     

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。     

X波段长脉冲高功率微波产生的实验研究

 获得长脉冲高功率微波（HPM）输出是HPM源技术追求的重要目标之一。从物理机理上分析了影响慢波结构HPM器件实现长脉冲HPM输出的因素,并利用长脉冲脉冲功率源和过模慢波结构HPM器件,开展了X波段长脉冲HPM产生实验。实验中,采用介质-铜阴极,并在慢波结构表面镀Cr,在导引磁场约0.7 T、二极管电压约400 kV、电流约10 kA、束流脉宽200 ns的条件下,获得了功率500 MW、脉宽约100 ns、主模为TM₀₁的X波段长脉冲HPM输出。对实验结果的分析表明,脉冲功率源与HPM器件的阻抗不匹配,是导致HPM器件输出微波脉宽比电子束脉宽短、以及HPM器件输出微波功率效率较低的主要原因。     

形成线脉冲压缩技术在超宽谱技术中的应用

分析了基于同轴Blumlein线的高功率脉冲源对低阻抗短形成线充电、实现脉冲压缩的基本原理,给出了理想情况下,脉冲压缩后输出的高功率超宽谱脉冲电压、功率增益及能量效率计算公式。利用电路仿真软件建立了脉冲压缩电路模型,通过模拟验证了理论分析。模拟了实际主脉冲波形对输出脉冲的影响,结果表明:低阻抗压缩线充电时间变长、充电电压峰值降低;通过在前级脉冲源与脉压形成线之间增加一定长度传输线,可以有效提高压缩线充电电压。针对典型的同轴Blumlein线高功率脉冲源紧凑Tesla型高功率脉冲源CKP-1000,设计了脉冲压缩装置和测量系统,建立了完整的脉冲压缩实验系统,开展了脉冲压缩试验。该脉压系统可将4.5 ns输入脉冲压缩为前沿940 ps、半高宽约1 ns的亚纳秒脉冲,实现了约2.2倍的功率增益。实验数据与理论分析基本吻合。     

脉冲压缩系统微波输入耦合窗的设计

在高功率微波(HPM)脉冲压缩系统中，储能谐振腔能否实现最大储能效率，微波输入耦合窗的正确设计是非常重要的。谐振腔与波导管之间采用的是耦合孔，当假定腔体是无耗时，则其等效传输线电路如图1所示。jX^-L与jtanβd的并联构成了耦合孔平面处总的归一化输入阻抗为Z^m=jX^-L tanβd/(X^-L tanβd)希望空腔谐振在谐振时与波导匹配，     

1.3μmDFB半导体激光超短脉冲的产生及其压缩

本文首次报道１．３μｍ单模超短脉冲产生及压缩实验。通过梳状波电脉冲直接调制ＤＣＰＢＨ－ＤＦＢ半导体激光器，获得２２ｐｓ单模光滑脉冲；然后利用Ｇ－Ｔ干涉仪压缩得到近变换极限超短脉冲。脉宽为９．３ｐｓ，峰值功率超过２００ｍＷ，重复频率１ＧＨｚ，时间带宽乘积为０．３９，脉冲压缩比为２．４。最后对实验结果进行了讨论。     

利用速调管放大器产生高功率微波拍波实验研究

在高功率微波（HPM）拍波效应实验中，采用了一种利用单只速调管放大器获取HPM拍波的方法.实验结果为：输出HPM拍波主频率位于S波段，拍频范围10—120MHz可调，拍波脉冲峰值功率可达1MW，脉冲重复频率最高可达500Hz，实验获取的拍波已成功应用到各类电子系统的HPM拍波易损性效应实验中. 关键词： 拍波 高功率微波（HPM）     

利用爆磁压缩发生器产生高功率高电压脉冲

利用螺旋型爆磁压缩装置（HEMG）产生脉冲高电压技术主要应用于驱动微波器件产生高功率微波（HPM），应用于核电磁脉冲及雷电电磁脉冲（E脚）的模拟与防护。利用HEMG作为能源驱动电爆炸丝开关（EEOs）产生脉冲高电压，目前主要有以下两条技术途径：一是采用紧凑型的所谓含动态变压器结构的HEMG（脉宽窄）作为能源驱动电爆炸丝断路开关产生脉冲高电压。这条技术路线系统结构简单，     

单模光纤中皮秒啁啾脉冲压缩

对单模光纤正群速色散区秒啁啾脉冲的非线性传进行了近似的解析分析和定量的数值计算。结果表明，负啁啾脉冲在传输过程中能得到有效压缩。压缩比与脉冲初始峰值功率和初始啁啾程度有关。初始峰值功率一定的脉冲，其压缩比随初始啁啾程度的增大面大，初始啁啾程度一定的脉冲，压缩比随初始峰值功率的增大而减小，表明自相位调制效应导致脉冲压缩效果变差。计算结果还表明，在脉冲时域宽度得到压缩的同时，光谱宽度也能得到同步压缩。     

光纤损耗对皮秒脉冲孤子效应压缩的影响

在计及常规光纤损耗的前提下，通过数值求解求解修正的非线性薛定谔方程，全面地计算和分析了损耗对皮秒脉冲在单模光纤中孤子效应压缩过程的影响。结果表明，与不计及损耗时相比，损耗一方面导致脉冲压缩比，压缩后的脉冲峰值功率和脉冲压缩质量的下降，另一方面还导致所选用的最佳光纤度的增加。进一步研究表明，损耗对脉冲压缩的影响程度还与输入脉冲的峰值功率和脉宽有关。     

10 GHz增益开关激光器输出脉冲的三级压缩实验研究

通过理论分析,数值模拟和实验,研究了10GHz增益开关半导体激光器输出脉冲的几种压缩技术,提出了一种新型的三级压缩技术,包括1）正色散光纤补偿;2）正色散光纤加负色散光纤的脉冲压缩;3）梳状色散光纤压缩,实验上得到脉冲宽度为2.8ps的压缩脉冲,总的压缩比为9。此压缩技术对实验80Gb/s光时分复用（OTDM）系统具有重要意义。     

螺旋波纹波导被动式脉冲压缩模拟研究

研究了一种基于螺旋波纹波导特殊色散特性对输入微波脉冲进行压缩的新方法。利用3维全电磁粒子模拟软件对X波段螺旋波纹波导进行了建模,模拟分析了该波导的特殊色散特性及提高功率增益的方法,并将已有模型脉冲压缩增益提高了6.65。模拟结果表明:通过优化输入微波的频率调制特性,可以获得更加符合被动式脉冲压缩所需要的调频形式;采用改进后的椭圆波导,可以得到更有利于被动式脉冲压缩的本征模式;通过延长渐变段长度,可以减少规则段和渐变段之间不均匀性造成的微波反射,从而实现更高的脉冲压缩增益。     

螺旋波导压缩频率调制脉冲的初步研究

利用螺旋波导对频率调制脉冲进行压缩可大幅度提高脉冲峰值功率。利用所编Matlab程序对螺旋波导的色散特性进行了计算和分析,获得了波纹幅度和纵向周期长度等结构参数对其色散特性的影响规律;给出了脉冲功率压缩比的计算公式,对不同脉宽和频带宽度、不同频率调制形式的微波脉冲通过螺旋波导后的功率压缩比进行了计算和分析。计算表明:脉冲的频率调制形式对功率压缩比影响较大;相同频率调制形式下,脉冲长度越长,工作频带越宽,功率压缩比越高。为了获得尽可能高的功率压缩比,需对脉冲的频率变化方式进行调节,使其与螺旋波导色散特性匹配。同时还需要在高的功率压缩比和高的压缩效率之间做出权衡。计算得到,当注入脉冲的脉宽为40ns、工作频带为8.8~9.5GHz、频率调制形式与螺旋波导色散特性匹配时,功率压缩比达到了15,压缩效率约为40%。     

L波段微波脉冲对微型计算机的辐照效应实验

 在L波段使用1.3 GHz载波频率的微波脉冲辐照微型计算机主板，通过改变脉冲宽度、重复频率和脉冲串长度等参数，实验研究了微波脉冲辐照导致微型计算机失去响应的功率阈值的变化规律，讨论了L波段微波脉冲辐射的积累效应。实验结果表明：当微波脉冲宽度增加时，微波功率阈值下降；当微波脉冲重复频率升高时，微波功率阈值呈下降趋势；在固定重复频率的条件下，微波脉冲数目的增加也会导致微波功率阈值的下降；微波脉冲功率阈值始终小于连续波微波的功率阈值。当微波脉冲间隔时间较长或者脉冲宽度较宽时，微波功率阈值由单个微波脉冲的参数确定，与脉冲重复频率没有明显关系。利用假设的微波脉冲辐射积累效应，可以定性解释和分析微波脉冲辐照微型计算机实验中功率阈值变化的趋势。     

脉冲离散效应对光纤中基于交叉相位调制的脉冲压缩的影响

通过数值模拟，分析了脉冲离散效应对单模光纤正群速色区基于暗孤子交叉不相位调制的脉冲压缩的影响，并提出了减轻这种影响的办法，作者发现，即使暗孤子与被压缩脉冲的中心波长相差很小，离散效应对脉冲压缩的影响也很大，离散效应不仅导致脉冲压缩比的减小和压缩后脉冲峰值功率的降低，而且还导致脉冲压缩所需最佳光纤长度的增加以及压缩后的脉冲呈现不对称性，还发现，若采取本文提出了的非同步耦合法，则可以明显地弥补离散效应