Ka波段高功率微波TM0n-TEM混合模式转换器设计

由于过模Ka波段高功率微波返波管通常输出TTM0n混合模式,在保证较高能量转换效率的条件下,难以同时兼顾其输出模式的纯度,而辐射终端为达到理想发射效果则要求单一模式馈入,这就给输出混合模式微波源的实际应用带来困难。针对这一技术难点,提出了一种结构紧凑的TM0n-TEM(n5)混合模式转换器的设计方法,利用内外两路同轴阶梯波导并配合适当的插板调相结构可以实现在高功率容量条件下,较宽频带范围内,高效地将TM0n混合模式转换为单一的TEM模,降低了此类高频段HPM源模式纯化设计的难度。     

高功率微波TM0n混合模式转换方法

针对现有基于特定模式成分所设计的高功率mTM0n-TEM/TM01混合模式转换器的工作原理,提出了一种大过模比结构下高功率TM0n混合模式的转换方法,可以实现将状态相对稳定且成分已知的GW量级任意模式成分比例、任意相位差的高功率TM0n混合模式微波高效转换为单一的TEM模或TM01模。利用该设计原则对之前所设计的高功率TM0n混合模式转换器进行优化改进,在保留了原有器件功率容量和频带特性的同时,大幅简化器件设计结构。     

金属超材料TEM-TE11高功率微波模式转换器北大核心CSCD

利用高折射率的金属超材料作为移相器,设计了一种紧凑型高功率微波TEM-TE_(11)模式转换器。通过研究同轴扇形金属栅格超材料的传输特性,得到高折射率的全金属超材料。采用CST Microwave Studio软件对金属超材料TEM-TE_(11)模式转换器进行了数值模拟,结果显示:该转换器在1.56 GHz附近转换效率大于96%,相对带宽约4%,功率容量不低于2 GW,系统纵向长度仅0.42个波长。将所设计的模式转换器结合L波段磁绝缘线振荡器开展了一体化设计,在器件输出口得到了TE_(11)模高功率微波输出。     

低过模高功率微波方圆模式转换器设计

设计了一种结构简单的高功率微波方圆模式转换器,可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。转换器工作在C波段,中心频率4.1 GHz,其输入端口和输出端口相互垂直。计算和仿真结果表明:中心频率处该模式转换器的转换效率可达99%,回波损耗小于-20 dB,转换效率大于90%的带宽大于0.2 GHz。转换器整体3维尺寸都只有10 cm左右。     

圆波导TM_(01)-矩形波导TE_(10)模式转换器

设计了一种高功率圆波导TM01-矩形波导TE10模式转换器,可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。仿真结果表明:中心频率为9.7GHz时该模式转换器转换效率大于99.99%,回波损耗小于-40dB,转换效率大于90%时的带宽大于0.4GHz。调节底面短路圆波导长度可以实现模式转换器在9.2~10.1GHz范围内调谐(模式转换效率大于99%)。在圆波导和耦合段连接处引入倒角可有效降低场强,提高功率容量,注入功率0.7GW,其表面场强小于1 MV/cm。     

光子晶体高功率微波模式转换器设计

研究了传输线中非截面排列金属光子晶体电磁特性,并利用其作为移相器提出了一种紧凑型TEM—TE11模式转换器的设计方法.利用电磁软件cst microwave studio优化设计了一套L波段TEM—TE11模式转换器,在中心频率1.58 GHz上转换效率为98%.在1.56—1.625 GHz频率范围内,模式转换器转换效率大于90%,对应带宽4.1%.模式转换器功率容量为GW级,适用于高功率微波源系统.结合磁绝缘线振荡器开展了粒子模拟研究工作,发现模式转换器性能与设计结果相符,并且其引入不影响高功率微波器件的正常工作.     

Ka波段TM02模式低磁场相对论返波管初步实验研究

对Ka波段TM₀₂模式低磁场相对论返波管的结构特点、工作原理进行了介绍,详细分析了该器件以TM₀₂模工作的模式选择机制。通过粒子模拟,该器件在1 T引导磁场下获得了功率为493 MW、频率29.3 GHz的微波输出,工作模式及频率与理论设计相一致。随后,基于模拟中的结构参数开展了初步的实验研究,当二极管电压为580 kV、电流为3.56 kA、引导磁场1 T时,获得了功率286 MW、频率29.3 GHz、脉宽约10 ns的微波输出。实验获得的微波频率与数值模拟一致,但是微波功率与数值模拟结果有明显差异,并且微波脉冲后沿有明显的缩短,分析认为在低磁场下后端谐振腔链受到电子轰击是导致该问题的主要原因。     

基于微波光子学的高功率微波测量北大核心CSCD

高功率微波(HPM)测量诊断技术是HPM技术研究的一项重要内容。针对HPM测量的现实需求,研究采用微波光子技术建立测量系统,阐述了系统测量原理,并通过仿真对测量系统的性能进行了分析。设计的测量系统采用超宽带、大动态的电光调制器和光电检测器,利用光纤进行远距离遥控测量,消除辐射和传导干扰,最终可达到40GHz的测量带宽和100dB/Hz^(2/3)的无杂散动态范围。     

S波段相对论速调管放大器相位稳定性的优化设计及实验研究北大核心CSCD

为了有效提高器件输出微波相位的稳定性,对S波段强流相对论速调管放大器输出微波相位特性开展了理论研究和优化设计。理论分析结果表明,束流发射和传输均匀性、腔内杂频和强流脉冲电压波动是影响器件输出微波相位稳定性的重要原因,通过优化二极管结构,增加吸波材料以及优化腔体结构和参数等手段可以有效地减小上述因素对输出微波相位稳定性的影响,提高器件工作的稳定性。对优化后的器件开展了实验研究,得到单台单次输出功率GW量级基础上,100 ns内相位标准差约10°,单台重频5 Hz工作输出微波相位标准差约20°,两台同时工作输出微波相位差抖动约20°的结果,满足了实际应用的需求。     

高功率微波管收集极的散热分析北大核心CSCD

利用欧拉两相流模型和沸腾换热模型计算了高功率微波管收集极的散热问题。在给出电子束能量沉积规律的基础上,得到了热源项在收集极及冷却水中的分布形式。利用CFD软件计算了脉宽为45ns、重频为5OHz、平均功率为27kW电子束作用下的收集极温度分布,重点研究了冷却水流速对散热效果的影响。研究结果表明,冷却水流速为1．5m／s时,内壁面稳态峰值温度超过了收集极材料的熔点,会导致一定时间后收集极损坏;散热峰值处对流换热大约占总换热量的71．7％,激冷换热大约占28．1％,相变换热占0．2％。冷却水流速小于5m／s时,收集极最高温度随流速增加快速下降;5～10m／s时,温度下降缓慢;超过10m／s后,温度下降速度增大。针对该电子束条件,收集极安全工作要求冷却水流速不得低于5m／s。     

TE1n /TM1n激励圆锥喇叭辐射功率测量方法

研究了TE1n /TM1n模式激励的圆形口径喇叭天线的辐射场特征,导出了根据辐射场计算天线辐射总功率的方法:通过测定天线E面和H面的辐射场功率密度分布,分别进行球冠积分,其平均值即为天线的辐射总功率;并进行了数值仿真验证。分析了测量角度范围和测量点数目对测量功率的影响,提出了通过数据拟合来降低测量误差的一种方法;给出了测量角度范围和测量点数的选取原则,功率测量可在15 dB或18 dB波束宽度范围内进行,测量点数一般选15个左右。     

TE1n /TM1n激励圆锥喇叭辐射功率测量方法

研究了TE1n /TM1n模式激励的圆形口径喇叭天线的辐射场特征,导出了根据辐射场计算天线辐射总功率的方法：通过测定天线E面和H面的辐射场功率密度分布,分别进行球冠积分,其平均值即为天线的辐射总功率;并进行了数值仿真验证。分析了测量角度范围和测量点数目对测量功率的影响,提出了通过数据拟合来降低测量误差的一种方法;给出了测量角度范围和测量点数的选取原则,功率测量可在15 dB或18 dB波束宽度范围内进行,测量点数一般选15个左右。     

Ka波段高功率斜角弯头的设计

介绍了一种基于准光技术的高功率斜角弯头的设计方法,可实现圆波导TE0m模式的高效转弯传输。使用模式变换器将工作模式TE0m转换成锥形高斯模,经过转弯后,锥形高斯模被重新转换成工作模式。这种锥形高斯模可以减少波束在镜面的衍射,从而实现工作模式的高效率转弯传输。基于这一方法,设计了工作在Ka波段、工作模式TE01的MW级波导斜角弯头。HFSS计算结果表明: 在8%的带宽内,传输效率大于98%。     

Ka波段高功率斜角弯头的设计

介绍了一种基于准光技术的高功率斜角弯头的设计方法,可实现圆波导TE0m模式的高效转弯传输。使用模式变换器将工作模式TE0m转换成锥形高斯模,经过转弯后,锥形高斯模被重新转换成工作模式。这种锥形高斯模可以减少波束在镜面的衍射,从而实现工作模式的高效率转弯传输。基于这一方法,设计了工作在Ka波段、工作模式TE01的MW级波导斜角弯头。HFSS计算结果表明： 在8%的带宽内,传输效率大于98%。     

Propagation of high power helicons in n-indium antimonide crystal

The propagation of high power helicon in n-InSb has been analysed taking into account the heating of the carriers by the electric field of the wave. The momentum and energy transfer of the electrons have been taken to be due to acoustic phonons and polar optical phonons scattering at 77°K respectively. The sample is assumed to be finite and the wave is incident on the semiconductor-free space interface. Calculations have been made for phase constant, attenuation constant, reflection coefficient and the electron temperature as function of the magnetic field and the wave amplitude. The theoretical results are found to be in qualitative agreement with the experimental observations of Laurinavichyus and Pozhela[14].     

金属超材料TEM-TE11高功率微波模式转换器

利用高折射率的金属超材料作为移相器,设计了一种紧凑型高功率微波TEM-TE11模式转换器。通过研究同轴扇形金属栅格超材料的传输特性,得到高折射率的全金属超材料。采用CST Microwave Studio 软件对金属超材料TEM-TE11模式转换器进行了数值模拟,结果显示：该转换器在1.56 GHz附近转换效率大于96%,相对带宽约4%,功率容量不低于2 GW,系统纵向长度仅0.42个波长。将所设计的模式转换器结合L波段磁绝缘线振荡器开展了一体化设计,在器件输出口得到了TE11模高功率微波输出。     

高功率微波同轴阻抗变换器优化设计及功率计算

在高功率微波应用中,同轴线的阻抗匹配十分重要。通过同轴线内导体的渐变,可以实现阻抗变换与阻抗匹配。内导体渐变可以采用多项式、余弦、指数等函数形式。用时域有限差分方法计算同轴线的反射系数,以同轴线内导体渐变段的长度和反射系数达到最小为目标,采用遗传算法优化渐变段的结构参数,得到了反射系数为0.015、渐变长度为148 mm的同轴线阻抗变换结构。在一套具有16节点的Beowulf型并行计算机系统上采用主从式并行计算技术完成了计算,缩短了遗传算法搜索时间。最后计算和分析了该同轴线阻抗变换结构的带宽和微波功率容量,该结构峰值功率达8.734 MW。