X/Ka双频低温接收前端设计

低温接收机是深空探测地面应用系统的重要组成部分,深空测控距离遥远,需要挖掘一切潜力提高地面设备的接收能力。带圆极化网络制冷技术对改善深空系统接收品质因素G/T作用明显。提出了圆极化网络制冷的X/Ka双频低温接收前端设计的若干关键技术,并给出样品研制测试结果。测试结果表明,X频段低温接收前端噪声温度小于20K,Ka频段低温接收前端噪声温度小于30K。     

高功率宽频比C/X双频反射阵列天线设计

为了满足高功率微波系统对宽频比双频辐射天线的研究需求,提出了一种可工作在C/X双频段的高功率圆极化反射阵列天线。天线单元采用介质埋藏的贴片单元形式,贴片部分由外圈的椭圆环贴片嵌套内圈的椭圆贴片组成,分别实现低频（C波段）和高频（X波段）的辐射。这种嵌套式的单元形式使得天线可以实现较宽的频比,同时由于单元采用无突变结构且单元被埋藏在介质中避免了三相点的出现,从而具有较高的功率容量。高低频段的两种贴片都采用绕轴旋转的方式来调节反射相位,可以在反射损耗较小的基础上满足360°的反射相位调节。基于以上双频辐射单元设计了一个口径尺寸为400 mm×400 mm的20×20矩形栅格排布反射阵列天线,设计结果表明天线在4.3 GHz下的增益为22.2 dBi,口径效率为40.2%,常压空气中的功率容量为10.4 MW;在10.4 GHz下的增益为29.9 dBi,口径效率为40.5%,常压空气中的功率容量为12.2 MW。该天线高低工作频率的频比达到2.4,且具有高效率和高功率容量的特点。     

S/X波段低损耗波导真空窗技术研究

低损耗波导真空窗具有优异的微波特性和真空密封性能,是高灵敏度致冷接收机的关键部件.文中介绍了波导真空窗的工作原理和应用场合,给出了详细的设计模型和性能指标.     

氢化氙离子XeH+基态X1S+解析势能函数的变分研究

采用双原子分子离子XY+的能量自洽法(Energy-consistent -method for ion XY+, ECMI)研究了氢化氙离子XeH+基态X1S+的解析势能函数,并与解析形式的Morse势和Huxley- Murrell-Sorbie（HMS）势、耦合电子对方法(coupled electron pair approximation method, CEPA)的结果和基于实验的Rydberg-Klein-Ress（RKR）数据进行了比较。结果表明,由ECMI方法得到的解析势能函数ECMI势明显优于Morse势和HMS势,与理论方法的结果和RKR数据符合得很好,并能得到CEPA和RKR非法缺乏的离解区和渐近区的势能数据以及正确的离解极限,而正确的全程势能数据对研究各种散射问题都是非常必要的。     

氢化氙离子XeH+基态X1S+解析势能函数的变分研究

采用双原子分子离子XY+的能量自洽法(Energy-consistent -method for ion XY+, ECMI)研究了氢化氙离子XeH+基态X1S+的解析势能函数,并与解析形式的Morse势和Huxley- Murrell-Sorbie（HMS）势、耦合电子对方法(coupled electron pair approximation method, CEPA)的结果和基于实验的Rydberg-Klein-Ress（RKR）数据进行了比较。结果表明,由ECMI方法得到的解析势能函数ECMI势明显优于Morse势和HMS势,与理论方法的结果和RKR数据符合得很好,并能得到CEPA和RKR非法缺乏的离解区和渐近区的势能数据以及正确的离解极限,而正确的全程势能数据对研究各种散射问题都是非常必要的。     

S3C44B0X与T6963的接口设计技术

简要描述了S3C44B0X和T6963的特性,给出了S3C44B0X与T6963的硬件连接图。详细介绍了点亮内置T6963控制器的LCD屏的步骤给出了相关的C语言实现程序。     

单极X频段小型化天线的设计与互扰仿真

为满足船载测控设备海上标定、校验跟踪参数的需要, 一般采用放信标球的方式,同时为克服信标球在空中随气球旋转给跟踪带来的不利影响,信标天线必须采用组阵方式。由于信标球是一个小球体,安装位置受限,组阵信标天线在满足天线指标的情况下,必须满足小型化和良好互扰性要求。文中设计了一个小型化X频段天线,通过分析比较,最终采用短单极子结构,在垂直方向具有全向性。通过HFSS的仿真和参数参数优化,得到了结构参数和性能参数。通过单个天线性能仿真,以及天线组阵仿真的结果可知,所设计的天线指标上完全满足使用要求,具有天线结构紧凑、易于加工的优点;同时,本文所采用的建模、仿真方法、对其它相关天线设计也有一定的参考价值。     

基于S12X系列双核单片机的CAN网关设计

集成XGATE协处理器内核的S12XE系列双核单片机具有处理速度快、反应时间短、功耗低等优点,在嵌入式应用中具有独特优势和很好的应用前景。本文采用16位双核单片机MC9S12XEQ512作为主控制器,以集成信号和电源隔离功能的CAN收发器芯片ADM3053来实现CAN接口电路,设计并实现了一个可以连接3个CAN通信子网的CAN网关,有效实现了系统的小型化、低功耗、低成本。采用双核处理技术来优化CAN网关的处理流程,由协处理器XGATE来处理各种中断,S12X主CPU则专注于协议处理和消息转发。实际应用表明,系统运行稳定可靠,与传统的采用单处理器实现的CAN网关相比,系统的数据吞吐能力和实时性得到了明显改善。     

船载C+S频段共面单脉冲天线设计与应用

本文针对船载测控站空间狭小的特点,介绍了一种C+S双频段共面天线的设计。设计时采用了计算机辅助技术,确定了天线反射面和馈源喇叭的形式及相对关系尺寸。并通过仿真计算和实测结果,该天线在两个频段的方向图指标均满足设计要求,达到了天线的小型化和双频段合建目的,满足航天测量船船载设备的使用要求。     

X波段宽频带多模轨道角动量天线仿真与设计

轨道角动量作为一种新的、安全和高效利用频谱的传输复用方式引起了科学界的关注。基于均匀圆阵列,设计了一种工作在X波段的宽带多模轨道角动量天线。该天线由旋转排列的三角形均匀圆阵列组成,其特点是正负模式数的产生除了与馈电方式有关外,还与均匀圆阵中阵元的旋转方式相关。仿真结果表明,在X频段该天线-10 dB带宽范围为9.33~10.37 GHz,带宽达到1.04 GHz,总的效率为52%;在相同阵元数量的情况下,该天线产生的模式数多于矩形贴片天线。该天线具有馈电网络简单、带宽宽和模式数大等优点。     

X波段相对论大功率速调管放大器的高频结构模拟研究

采用MAGIC 2.5D模拟软件,建立了X波段11.424GHz相对论大功率速调管放大器的高频结构模型。该模型由5个简单药盒型谐振腔组成,包括1个输入腔、3个中间腔和1个输出腔。研究了该模型的高频特性,初步设计漂移管及各谐振腔结构参数,再结合热腔模拟,研究了输入腔的吸收匹配问题,依据各腔体对基波电流逐级调制情况,优化配合各腔体的间隙等结构参数,从而获得电子束的最佳调制状态,最后通过调节外加均匀磁场大小获得百MW功率输出,结果表明:在加速电压520kV、束电流460A、外加磁场0.4T的条件下,当注入信号功率为1kW时,基波电流调制深度达162%,最终输出功率105MW,效率43.5%,增益50dB。     

X波段相对论大功率速调管放大器的高频结构模拟研究

采用MAGIC 2.5D模拟软件,建立了X波段11.424 GHz相对论大功率速调管放大器的高频结构模型。该模型由5个简单药盒型谐振腔组成,包括1个输入腔、3个中间腔和1个输出腔。研究了该模型的高频特性,初步设计漂移管及各谐振腔结构参数,再结合热腔模拟,研究了输入腔的吸收匹配问题,依据各腔体对基波电流逐级调制情况,优化配合各腔体的间隙等结构参数,从而获得电子束的最佳调制状态,最后通过调节外加均匀磁场大小获得百MW功率输出,结果表明：在加速电压520 kV、束电流460 A、外加磁场0.4 T的条件下,当注入信号功率为1 kW时,基波电流调制深度达162%,最终输出功率105 MW,效率43.5%,增益50 dB。     

Simulation and design of an X-band overmoded input cavity

The RF input cavity is an important component for velocity-modulating types of microwave device,providing velocity modulation and density modulation.Conventional RF input cavities,however,encounter the problem of power capacity in the high frequency band due to the scaling law of the working frequency and device size.In this paper,an X-band overmoded input cavity is proposed and investigated.A resonant reflector is employed to reflect the microwave and isolate the input cavity from the diode and RF extractor.The resonant property of the overmoded input cavity is proved by simulations and cold tests,with PIC simulation showing that with a beam voltage of 600 kV and current of 7 kA,an input power of 90 kW is sufficient to modulate the beam with a modulation depth of 3%.     

X波段三重轴相对论速调管放大器的设计

分析了同轴腔体间隙束流与电场的相互作用,推导了同轴腔体间隙的耦合系数和电子负载电导,并设计了10⁴ W级注入微波驱动的X波段三重轴相对论速调管放大器,产生了GW级的微波功率输出.通过三维粒子模拟,设计了工作频率为9.37 GHz的三重轴相对论速调管放大器,在注入微波功率为70 kW、束压为600 kV、束流为5 kA的条件下,获得的输出微波功率达到1.1 GW,效率为37%,增益为42 dB. 关键词： 同轴腔体 束波互作用 X波段 三重轴相对论速调管放大器     

X波段短脉冲相对论返波管设计与初步实验

 对基于短电子束脉冲超辐射机理的X波段相对论返波管进行了优化设计和粒子模拟,结果表明：在超辐射机理作用下,该器件能实现高峰值功率和高功率转换效率的微波辐射。在小型Tesla脉冲源基础上设计了阻抗变换段、二极管、磁场系统等装置,建立了一套小型窄脉冲电子加速器,以此为实验平台在低磁场条件下进行了器件的初步实验研究。在磁场0.73 T、束压约380 kV、束流约4.5 kA、脉宽3.1 ns条件下,实验获得的微波脉冲峰值功率约360 MW,脉宽1.10 ns,上升沿800 ps,频率9.15 GHz,功率转换效率为21%。     

X波段多频相对论返波振荡器的粒子模拟

采用过模同轴波纹型返波管,其互作用区由2段周期不同的波纹慢波结构组成,利用粒子模拟软件MAGIC进行数值模拟,得到了X波段稳定的3个频率微波输出。粒子模拟的结果为:在强流电子束电压为570 kV,电流为11.4 kA,引导磁场为0.72 T的条件下,获得的3个频率分别为9.575,10.025和10.475GHz,总微波功率为1.0 GW,效率为15.4%。通过对电压的调节,进一步获得了4个频率的微波输出。     

X波段GW级长脉冲高功率微波源的设计与实验

通过理论分析指出,单模相对论返波振荡器内的平均场强正比于其工作频率,工作在高频段难以实现长脉冲运行。采用电磁场仿真方法,比较了X波段单模和过模慢波结构的场分布特点,结果表明:增加过模比能有效减小慢波结构表面的射频场强,但由于场分布变化导致场强的减小与过模比的增加相比并不显著。利用过模比约为3的慢波结构设计了一种X波段长脉冲高功率微波源。实验中,在单次运行条件下,输出微波功率达到2 GW、脉宽80 ns;在20 Hz重复频率运行条件下,输出微波功率达到1.2 GW、脉宽100 ns。器件产生的微波频率为9.38 GHz,主模为TM01,效率约24%。微波窗口和慢波结构表面的射频击穿是目前实验中限制微波功率和脉宽增加的关键因素。     

X波段高功率高增益多注相对论速调管放大器设计

针对器件工程应用中的高功率高增益需求,设计了工作在X波段的高功率高增益多注相对论速调管放大器,建立了带输入、输出波导结构的三维整管模型。设计双边对称耦合孔输入腔结构,降低了输入波导对输入腔间隙电场均匀性的影响以抑制非均匀干扰模式;设计采用多腔多间隙群聚结构,降低了输入微波功率的需求,提高了器件放大增益;并且分析设计了多间隙扩展互作用微波提取结构,提高了器件的功率转换效率以及降低输出结构表面电场强度。通过优化设计,粒子模拟仿真实现X波段多注相对论速调管放大器输出微波功率达到3.2 GW,器件放大增益约为60 dB,功率转换效率约为40%。器件验证实验在电子束电压550 kV,电流5.1 kA的情况下,输出功率为0.99 GW,放大增益约为53 dB,转换效率约为35%。     

X波段相对论速调管放大器同轴双间隙输出腔输出特性

 设计了工作在X波段的相对论速调管放大器同轴双间隙输出结构,并采用3维PIC程序对其进行了粒子模拟,分析了输出微波功率随直流渡越角、输出腔品质因数值等相关参数的变化,对输出腔体结构进行了优化设计。模拟结果表明：同轴双间隙输出结构可以降低束流的势能,增加束流与腔体的作用时间,提高速调管的微波提取效率。模拟中采用束压600 kV、束流5 kA、调制深度100%和峰值频率9.37 GHz的电子束以及1T的轴向引导磁场强度,得到了周期平均功率1.2 GW、峰值频率9.37 GHz、效率40%的微波输出。     

X波段高峰值功率速调管功率合成器设计

 基于微波电路理论和EBMA(extended boundary condition model analysis)电磁计算方法,先后设计了一个工作在9 GHz的4合1和8合1功率合成器。功率合成器可将多个侧壁矩形波导中相同输入的TE10模电磁波在中心圆波导中以TE01模式输出,实现功率的合成。利用EBMA方法和CST软件对所设计功率合成器的传输系数进行了计算,在中心频率9 GHz处,计算结果分别为1.00和0.99,从而验证了功率合成器具有良好的功率合成效果。对于8合1功率合成器,还根据模型简化的想法,使得功率合成器加载后,对输出腔间隙阻抗的计算成为可能。