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。     

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。     

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，     

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。     

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40 ns、工作频带为8.8~9.5 GHz、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%。     

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%。     

能量倍增器法微波脉冲压缩

为了开展S波段能量倍增器脉冲压缩实验,对能量倍增器进行了冷测和热测工作,主要包括对能量倍增器的指标、参数的测量以及在高功率下对能量倍增器的输出功率、功率增益等参数的测量。实验中,完成了微波固态源系统的改造,研制了同步信号控制器,研究了输入输出脉冲宽度对输出峰值功率的影响,并对实验中可能的射频击穿问题进行了研究。在输入功率5 MW时,得到了功率增益7.122,输出脉宽260 ns,输出峰值功率35.35 MW。     

高功率微波脉冲宽度效应实验研究

 根据部分高功率微波效应实验结果,初步总结了微波脉冲宽度与效应物扰乱阈值的关系,主要结论是：效应物的扰乱阈值在其它条件固定的情况下随脉宽的增加而降低,但存在一拐点区域,在拐点区域以后脉宽再增加则扰乱阈值不再发生明显变化。     

高功率微波脉冲宽度效应实验研究

根据部分高功率微波效应实验结果,初步总结了微波脉冲宽度与效应物扰乱阈值的关系,主要结论是：效应物的扰乱阈值在其它条件固定的情况下随脉宽的增加而降低,但存在一拐点区域,在拐点区域以后脉宽再增加则扰乱阈值不再发生明显变化。     

双谐振拓扑高压脉冲电容器充电电源

脉冲电容的充电电源是脉冲功率技术中的关键设备,为研究更高精度的高压脉冲电容充电电源,基于一种较为新颖的双谐振拓扑结构,通过推导传递函数,分析了其电压和电流传输特性。根据双谐振电路存在两个谐振点的特性,提出基于双谐振变换器的充电电源充电方式,即充电阶段采用串联谐振工作模式,到高压保持阶段通过频率调制降低开关频率至接近第二谐振点,实现对脉冲电容自放电压降的动态补偿,从而保证高压充电电源充电精度的同时,极大地提高脉冲电容的高压稳定度。为验证所提出方式的可行性,基于Matlab/simulink搭建仿真模型,分别对串联谐振全桥变换器和双谐振全桥变换器两种拓扑结构进行仿真,实验结果验证了所提出双谐振拓扑的频率调制方式的可行性。     

一种新的高功率微波折叠式谐振腔径向速调管振荡器

提出一种高功率微波折叠式谐振腔径向速调管振荡器,用电子与电磁场相互作用的一维单电子模型分析了这种折叠式谐振腔径向速调管振荡器的特点。其特点为：径向尺寸小,起振电流低。用二维半PIC程序对折叠式谐振腔径向速调管振荡器进行数值模拟研究。结果表明,当二极管电压为380kV,电流为18kA时,输出微波功率峰值为1GW,主要微波频率为1.52GHz,输出微波为多频率成分微波。通过折叠式谐振腔的电子束得到很强的调制。     

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介绍了开式微波谐振腔测量系统的工作原理及试验结果,获得了Æ10mm钢球模型在6.65kPa干燥空气中以速度5.44km.s-1飞行时的尾迹电子密度测量结果,并且与国外弹道靶试验数据进行了比较。试验结果表明,该系统能够满足模型尾迹电子密度变化对测量系统响应时间的要求,能很好地反映尾迹电子密度变化细节,电子密度测量范围达到109~1011cm-3。     

弹道靶开式微波谐振腔测量系统研究

The principle and experimental results of the open microwave resonant cavity measurement system were introduced. The models were steel ball models and the ball models coated with copper. The diameter of the models was 10mm. The models were launched in ballistic range. The model velocity was 5.44 km.s^-1. The wake electron density of the models was obtained. The experimental results presents that the response time of the open microwave resonant cavity measurement system was quicker than 1ms. The results showed the wake electron density ranged from 10⁹cm^-3 to 10¹¹cm^-3 could be achieved.     

磁脉冲压缩系统的仿真研究

分析了传统磁脉冲压缩系统的原理及缺点,对基于省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统进行了介绍,为了更加深入地分析这种磁脉冲压缩系统,应用Pspice仿真分析软件建立了省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统模型,计算出各级压缩过程中各元件的电压波形,及饱和变压器和磁开关的磁芯感应强度变化曲线;经测试,当负载为500 Ω纯阻性负载时,系统两端输出的负极性脉冲峰值约-27 kV,半高宽约为70 ns,下降沿约为40 ns。通过分析仿真结果与实验结果,仿真中需考虑测量探头引入的并联电容对电路的影响。     

重复频率高功率微波脉冲的大气击穿

 理论研究了重复频率高功率微波脉冲在大气中的传输特性,推导了n个高功率微波脉冲之后空间某点的电子密度,数值模拟并给出了在不同微波频率、大气压强、脉冲宽度以及脉冲间隔的条件下,大气击穿时,透射过去的脉冲个数与微波功率的关系。模拟结果表明：当微波脉冲参数一定时,压强越小,透射过去的脉冲个数越少,大气越容易发生击穿;当压强一定时,脉宽越宽,微波频率越小,透射过去的脉冲个数越少,大气越容易发生击穿。     

带高阶模谐振腔反射器的过模高功率毫米波源

针对过模系数为2.3的高功率毫米波发生器设计了工作于高次模的谐振腔反射器。谐振腔反射器工作模式为TM035模式,在58~62 GHz频带内对TM01模式的反射系数大于0.9。运用2.5维全电磁粒子程序模拟分析了器件中束波相互作用过程,通过调整慢波结构与谐振腔反射器间的漂移段长度得到了器件在570 kV,6.0 kA电子注量驱动下,在引导磁场为4 T时,能辐射出功率1.06 GW、频率为60.2 GHz的毫米波,主要工作模式为TM01模,效率约为31%,起振时间为3.3 ns。     

带高阶模谐振腔反射器的过模高功率毫米波源

针对过模系数为2.3的高功率毫米波发生器设计了工作于高次模的谐振腔反射器。谐振腔反射器工作模式为TM035模式,在58~62 GHz频带内对TM01模式的反射系数大于0.9。运用2.5维全电磁粒子程序模拟分析了器件中束波相互作用过程,通过调整慢波结构与谐振腔反射器间的漂移段长度得到了器件在570 kV,6.0 kA电子注量驱动下,在引导磁场为4 T时,能辐射出功率1.06 GW、频率为60.2 GHz的毫米波,主要工作模式为TM01模,效率约为31%,起振时间为3.3 ns。     

等离子体密度凹坑对光波的吸收作用

用数值计算方法研究有密度凹坑的等离子体对P偏振入射光的吸收,结果表明,如果密度凹坑及其周围密度分布取得适当参数,吸收峰值可以达到近100%,即远超过线性密度等离子体共振吸收的峰值50%;吸收曲线随入射角变化呈现双峰值结构.密度凹坑就象个共振谐振腔,从腔内的透射光与第一个反射面的反射光干涉相消,使总反射光变弱,由此导致了大的吸收率.