一种新型双间隙输出腔的理论和实验研究

 从双间隙分离腔的色散关系式出发,通过数值计算求出了分离腔中IM₀₁₀模对应的谐振频率,并给出了腔内轴向电场的分布图,证实了分离腔中存在着电场反相的π模场。因此,可以将其用作电场反相的双间隙输出腔,来实现双间障提取。并用2.5维粒子模拟程序——卡拉特（KARAT）程序对这种分离腔输出回路进行了粒子模拟和优化设计。通过详细的冷测和调试实验,研制出了中心频率为3.74GHz、Q_L值为7.8的低Q_L值双间隙输出腔。     

X波段高功率相对论速调管放大器研究

为进一步提高X波段相对论速调管放大器的输出功率,采用理论分析与粒子模拟的方法对双群聚腔级联式相对论速调管放大器进行了研究。分析了提高注入腔对注入微波吸收效率的方法,分析了群聚腔调制能力与腔体模式、Q值等参数的关系,分析了输出腔提取效率与Q值的关系。在三维粒子仿真中,设计了模式反射器抑制TEM模式泄露与杂模振荡,得到了功率超过2.5 GW,频谱纯净,频率锁定为8.40 GHz,输出输入微波相位差稳定,抖动不超过2°的高功率微波输出。     

双间隙输出腔开放腔的高频特性分析

 建立了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔开放腔的3维模型。采用时域有限差分法，通过监测激励电流源的响应计算了该双间隙输出腔的谐振频率、有载Q值、场分布以及特性阻抗，并分析了腔体结构尺寸对谐振频率、有载Q值和特性阻抗的影响。研究表明：腔体半径对开放腔的谐振频率影响很大，耦合孔尺寸对腔体谐振频率的影响较小；随着耦合孔张角增加，有载Q值逐渐减小；随着腔体半径增大、间隙的减小，腔体特性阻抗降低。研究结果可为S波段强流相对论速调管放大器双间隙输出腔的设计提供理论依据。     

三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的仿真设计

 为扩展速调管输出回路的带宽，进一步分析了双间隙耦合腔的模式重叠理论，说明了实现三模重叠的可能性，采用等效电路法计算了三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的阻抗频率特性。以中心频率3 GHz的输出回路为例，建立了3维计算模型，给出了设计这种输出回路的步骤和结构参数。用场分析法计算了间隙阻抗频率特性，结果表明：此输出回路2 dB相对带宽接近15%，加载滤波器后1.5 dB相对带宽可达19.3%。     

多注速调管π模双间隙腔截止波导输出回路研究

 用数值模拟的方法研究了多注速调管π模双间隙腔加载截止波导两节滤波器型输出回路的特性，并重点研究了π模双间隙腔与截止段的耦合结构对输出腔间隙阻抗频率特性的影响，以及耦合接头和电容性销钉对截止波导滤波器的调谐作用。研究结果表明：π模双间隙腔连接截止波导段的耦合口的尺寸主要影响输出腔的外观品质因数，而耦合接头的粗细和电容性销钉的大小和插入深度对截止波导滤波器的调谐具有重要影响。另外，由于耦合接头相当于在截止段中引入了一个附加电感，这使滤波器谐振电路的品质因数变大，谐振峰变窄。因此，π模双间隙腔加载截止波导滤波器型输出回路并不比单间隙腔加载截止波导滤波器型输出回路有更好的带宽优势。     

S波段速调管双间隙输出腔的设计和实验研究

 介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔高频系统的设计,并利用3维粒子模拟程序模拟和优化了短脉冲强流相对论调制电子束经过双间隙输出腔后的微波提取。在束压640 kV、束流6 kA、基波调制深度80%的条件下,模拟得到功率为1.1 GW的微波,频率约为2.85 GHz,效率28%。在高频分析和粒子模拟的基础上进行了实验研究,实验中采用束压640 kV、束流6 kA的环行电子束,经过优化调节RKA参数,在中间腔后得到了约4.6 kA的基波调制电流,加上双间隙提取腔后从该RKA获得了频率为2.9 GHz、功率为1 GW、脉宽22 ns的输出微波,束波转换效率26%。     

回旋速调管放大器输出腔的特性研究

 利用变截面波导的耦合模理论，根据输出腔中电场幅值分布函数所满足的微分方程组，编写了具有自动优化功能的计算程序，分析研究了不同渐变角度、考虑腔体损耗前后和输出腔与外电路失配时，谐振频率、腔体品质因数和高频场幅值沿轴分布的变化情况，为进一步研究高频场与电子注的互作用和输出腔奠定了基础。     

双耦合同轴腔TM310模加载空波导输出回路

设计了速调管的单间隙和双间隙圆柱同轴腔高阶TM310模式输出回路。为降低外输出腔的外观品质因数和增加腔内工作模式电磁场的均匀性,采用了在输出孔处腔内侧位置设置轴向短路金属线的措施。由等效电路理论分别计算了它们加载空矩形波导TE10基模时,腔内漂移管中心位置处的等效间隙阻抗及对应的输出带宽。计算模拟发现,与单间隙腔相比,双间隙腔具有较大的间隙阻抗及带宽。     

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。     

双间隙耦合腔中自激振荡问题的分析和模拟

 建立了双间隙耦合腔中高次模式小信号电子电导计算模型,使用该模型和ISFIEL3D电磁场软件模拟的高次模式电场分布图分析了双间隙耦合腔中高次模式的自激性质。由3维粒子模拟软件对双间隙耦合腔自激模拟显示实际结构中存在高次模式3.17 GHz和3.99 GHz自激,验证了使用该方法分析双间隙耦合腔中高次模式自激性质的合理性。并通过对热测数据的分析说明实际结构中确实存在相应的模式自激并伴随吸收腔和耦合环发热现象。     

冲击磁铁脉冲调制器的谐振开关高压充电电路及数值模拟

 介绍了一种新颖的专为电子储存环冲击磁铁脉冲调制器而设计的高压充电电路,该电路采用了零电流谐振开关变换技术及一种简单可靠的充电电压控制方式。建立了该电路的数值仿真模型, 分析了在高压脉冲电容作为变换器负载条件下的充电电路的瞬态特性, 仿真结果表明设计电路能够达到所要求的幅值精度及重复频率, 进一步探讨了提高充电重复频率的途径。     

串联谐振高压电容充电电源设计及分析

针对高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,基于全桥串联谐振恒流充电技术,研制了一台紧凑型串联谐振高压电容充电电源,平均充电功率12 kW。该电源采用超级电容器预储能和全桥串联谐振电路,大幅降低了场地供电需求,结合模块化集成设计,实现了一体化、便携式设计。针对脉冲驱动源工作需求,分析了全桥串联谐振电路的基本原理和工作过程,给出了电路参数设计方法和Pspice电路仿真结果,利用该电源对等效电容量为0.3 μF的脉冲驱动源进行了充电测试,实现了45 ms内充电60 kV以上,实验结果表明, 其输出能力满足PFL-Marx脉冲驱动源的20 Hz重频充电需求。     

重频条件下电容器充电电源谐振电路的稳定

重频条件下电容器充电电源谐振电路由于谐振电容剩余电压的存在从而产生异常振荡,进而引发开关过流导致电源故障。针对这一问题,在分析谐振电路工作原理基础上,提出了在每个充电周期结束后,通过控制电源自身的部分开关导通,从而释放谐振电容剩余电压的解决方法,不仅可以让谐振电路趋于稳定,还避免了添加泄放电路的缺点,其控制方法也简单通用。对800 V/6 A的充电电源进行了电路仿真和实验验证,仿真和实验结果均表明,本文提出的方法可以在充电周期结束后将谐振电容上的剩余电压迅速归零,谐振电流也趋于稳定,有效抑制了谐振电路的异常振荡,从而验证了方法的有效性和实用性。     

高功率重复频率脉冲充电电源设计与实验研究

基于高功率重复频率脉冲功率源的需求,开展了高功率脉冲充电电源的重复频率特性研究,分析了基于全桥串联谐振充电原理的恒流充电技术。根据高功率Marx型脉冲功率源的工作要求,计算了串联谐振充电的各个关键参数。研制的紧凑型高功率脉冲充电电源,最大输出电压±50 kV,充电电流2.5 A,重复频率1~50 Hz连续可调,可在重复频率条件下长时间稳定运行。该充电电源体积小、质量轻、抗干扰能力和抗负载短路能力强,已经应用于高功率重复频率脉冲功率源技术研究,实现了10万次重复频率无故障运行。     

大功率半导体激光泵浦固体激光器脉冲电源设计

介绍一种大功率半导体激光泵浦固体激光器(DPSSL)脉冲驱动电源的设计电路及其控制方法。根据半导体激光器的工作特性,采用前级电容充电电路与后级脉冲电流产生电路相结合的电路结构。由于LCC谐振电路具有软开关特性和抗负载短路、开路的能力,又能够实现对储能电容恒流充电的功能,因此其适合做为脉冲电源中储能电容的充电电路;后级脉冲电流产生电路选择大功率MOSFET做为主控器件,利用MOSFET饱和区的漏极电流可控性,通过栅极电压控制产生负载脉冲电流。控制部分采用模拟与数字相结合的控制方式,使脉冲电源控制更加灵活,引入脉冲电流指令给定积分器,可以更有效地控制脉冲电流上升过程,抑制电流过冲,提高控制精度,使脉冲驱动电源产生类似矩形波的大功率脉冲电流。搭建了脉冲功率为28 kW的实验平台,实验达到的指标:脉冲电流幅值80 A,脉冲电压350 V,脉冲宽度100 μs,重复频率100 Hz。     

一种实用的开关稳压恒流气体激光电源

本文报道了我们研制成功的一种新型气体激光开关稳压恒流电源。设计制作的特点是：引入２０ｋＨｚ开关电路，丢弃次级高压的工频变压器，选用现行彩电行输出变压器和通用集成模块，用以产生连续可调的起辉电压和恒流工作电压，供不同管型Ｈｅ－Ｎｅ激光器选用。电路结构更趋小型化、高频化、集成化与通用化。测试与应用结果表明本电源具有优良的性能／价格比，且易于自行制作。     

J-TEXT ��̬�Ŷ���������Դ����ϵͳ���

The charging characteristic of the capacitor charging power supply was analyzed with practical series resonant topology. The method that setting two current taps and regulating PWM switching frequency was putted forward with close loop controlling algorithm to charge the multi-group capacitor banks with constant current. A capacitor charging power supply with the max output current 6.5A and the max output voltage 2000V is designed. Experimental results show that, this power supply can charge the four capacitor banks to any four different voltages in 1 minute with charging accuracy less than 1%, and meet the requirements of J-TEXT ohmic field power system.     

Nonlinear resonant tunneling diode (RTD) circuits for microwave A/D conversion

Short-duration electrical pulses play important roles in ultrafast time-domain metrology: they are used to sample rapidly varying signals or as probe signals in ranging radars, time-domain reflectometry and in communication. In this work, we design a nonlinear transmission, which is loaded with resonant tunneling diode to be suitable for microwave A/D conversion. A resonant tunneling diode (RTD) has a negative differential resistance that means when the voltage increases the current decreases. The equivalent circuit of monostable line is given. The simulation is performed by using OrCad program. Results show that a spike is produced and after a charging time constant, another switching occurs. Hence – similar to a relaxation oscillator – the spiking period is determined by the amplitude and frequency of the input current. The transmission line itself ensures the generation and propagation of identical spikes, such as solitons formed after few diodes.     

脉冲功率系统中能量回收电路的改进

串联型能量回收电路从电路结构上保证了异常条件下脉冲功率系统中充电电源的安全,但恒流充电电源经回收电感向储能电容充电时会引起回收电路的振荡,不仅会造成充电电源输出过压和回收电感损耗增加,还会导致充电电压一致性明显变差等问题。在分析了回收电路振荡特性的基础上,提出了在回收电感两端并接旁路开关和双路充电输入的电路结构以及相应的充电控制方法,不仅可以抑制回路振荡从而提高充电一致性,还可以消除回收电感和旁路开关的不必要损耗且控制方法也简单通用。对包含有串接型回收电路的600 V/400 A充电系统进行了电路仿真和实验验证,实验结果表明:在600 V重频条件下,回收电路的改进方案可将储能电容电压的充电一致性偏差由10 V降低到2.6 V,对应的相对偏差由1.7%降低到0.5%以内。     

大功率高压恒流充电源研制

设计制作了一台大功率高压恒流充电源。该电源采用全桥串联谐振恒流充电拓扑结构,实现了0~30kV范围内输出可调,设计最大平均充电功率5kW。简要分析了电路的工作过程,给出了电路参数设计方法和设计实例,并进行了电路仿真和初步实验研究。实验中,使用该电源对18μF电容实现了30kV,0.1Hz重频充电,充电功率约1.35kW,目前电源已累计充放电万余次,运行稳定可靠。