真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明:该型检波器具有承受微波脉冲功率高(大于7kW)、响应快(响应时间小于2.0ns)、动态范围大、输出信号幅度高(可达数十V)、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8 GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明：该型检波器具有承受微波脉冲功率高（大于7 kW）、响应快（响应时间小于2.0 ns）、动态范围大、输出信号幅度高（可达数十V）、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

长脉冲二极管绝缘子真空表面闪络

 在长脉冲强流无箔二极管实验过程中观察到绝缘子沿面闪络现象。分析实验现象认为是屏蔽环与绝缘子距离过近造成了屏蔽环边缘高场强,从而产生场致发射电子。电子在强电磁场作用下撞击绝缘子表面引起了二次电子雪崩从而导致真空表面闪络。运用静电场模拟和粒子束模拟,改进屏蔽环结构。改进后的二极管工作电压500 kV,电流12 kA,在1 T引导磁场下稳定运行,没有再发生真空表面闪络。     

长脉冲二极管绝缘子真空表面闪络

在长脉冲强流无箔二极管实验过程中观察到绝缘子沿面闪络现象。分析实验现象认为是屏蔽环与绝缘子距离过近造成了屏蔽环边缘高场强,从而产生场致发射电子。电子在强电磁场作用下撞击绝缘子表面引起了二次电子雪崩从而导致真空表面闪络。运用静电场模拟和粒子束模拟,改进屏蔽环结构。改进后的二极管工作电压500 kV,电流12 kA,在1 T引导磁场下稳定运行,没有再发生真空表面闪络。     

长脉冲强流二极管径向绝缘研究

介绍了一种应用于长脉冲强流二极管的径向绝缘结构。简介了真空表面闪络机理,径向绝缘结构的设计思路。采用锥形绝缘结构,使用计算机模拟静电场分布优化设计了几何结构参数,在脉宽为200ns的脉冲源上进行了实验研究。二极管最高输出电压为750kV,平均绝缘子表面耐电场强度约50kV/cm,达到了设计要求。     

长脉冲强流二极管径向绝缘研究

 介绍了一种应用于长脉冲强流二极管的径向绝缘结构。简介了真空表面闪络机理，径向绝缘结构的设计思路。采用锥形绝缘结构，使用计算机模拟静电场分布优化设计了几何结构参数，在脉宽为200ns的脉冲源上进行了实验研究。二极管最高输出电压为750kV，平均绝缘子表面耐电场强度约50kV/cm，达到了设计要求。     

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。     

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。     

介质窗口材料对高功率微波传输特性的影响

运用光学方法,分析平面波通过无限大介质平板的传输特性,进而分析单层介质窗口的引入对微波传输性能的影响。在S波段微波源上对聚四氟乙烯材料进行了真空环境下的微波放电击穿实验,通过长时间的表面放电,在聚四氟乙烯材料表面出现电痕和电树枝。在100 ns脉冲宽度下,未发生大面积表面放电前,通过光学照相,在介质表面观测到局部放电现象,认为局部放电仍能导致材料表面破坏。作为对比,进行了聚苯乙烯材料的电老化实验,实验结果表明聚苯乙烯材料具有良好的耐电痕、耐电树枝老化特性。     

介质窗口材料对高功率微波传输特性的影响

运用光学方法,分析平面波通过无限大介质平板的传输特性,进而分析单层介质窗口的引入对微波传输性能的影响。在S波段微波源上对聚四氟乙烯材料进行了真空环境下的微波放电击穿实验,通过长时间的表面放电,在聚四氟乙烯材料表面出现电痕和电树枝。在100 ns脉冲宽度下,未发生大面积表面放电前,通过光学照相,在介质表面观测到局部放电现象,认为局部放电仍能导致材料表面破坏。作为对比,进行了聚苯乙烯材料的电老化实验,实验结果表明聚苯乙烯材料具有良好的耐电痕、耐电树枝老化特性。     

一种重复频率脉冲导引磁场的设计

介绍了一种重复频率脉冲磁场作为高功率微波源的导引磁场的设计,该磁场电源具有功耗低、发热量小、结构紧凑等优点,符合高功率微波朝重复频率方向发展的需求。从产生脉冲磁场的电流表达式出发,根据涡流损耗不能太大、品质因数要高和电容储能要小的原则,给出了脉冲磁场产生系统的储能电容和充电电压的优化设计方法。最后将此方法应用于Ka波段返波振荡器导引磁场的设计,确定出产生脉冲磁场电路的电容和充电电压的值,并进行了仿真和实验研究,结果与理论要求吻合较好,在重复频率10 Hz条件下能稳定运行,验证了设计的合理性。     

一种重复频率脉冲导引磁场的设计

介绍了一种重复频率脉冲磁场作为高功率微波源的导引磁场的设计,该磁场电源具有功耗低、发热量小、结构紧凑等优点,符合高功率微波朝重复频率方向发展的需求。从产生脉冲磁场的电流表达式出发,根据涡流损耗不能太大、品质因数要高和电容储能要小的原则,给出了脉冲磁场产生系统的储能电容和充电电压的优化设计方法。最后将此方法应用于Ka波段返波振荡器导引磁场的设计,确定出产生脉冲磁场电路的电容和充电电压的值,并进行了仿真和实验研究,结果与理论要求吻合较好,在重复频率10 Hz条件下能稳定运行,验证了设计的合理性。     

Electrical explosion of a wire by microsecond pulses in a longitudinal magnetic field

The explosion of a tungsten wire in a weak longitudinal magnetic field is studied. The longitudinal magnetic field is shown to decrease the rate of rise of initial perturbations and to stabilize the process. This makes it possible to calibrate analytical models of conduction, equations of state, and radiation paths. Good agreement between observed and analytical electrical and optical patterns of the wire explosion and expansion is obtained.     

Simulation of the relativistic backward wave oscillator with a sinusoidal guiding magnetic field

A simulation is carried out to investigate a relativistic backward wave oscillator (RBWO) with a sinusoidal guiding magnetic field. In the numerical simulation, a microwave output power of 1.33 GW at 9.57 GHz microwave frequency with 33% conversion efficiency is achieved. It is a significant attempt which is helpful for developing a practical high power microwave (HPM) source guided by a permanent magnetic field.     

Simulation of the relativistic backward wave oscillator with a sinusoidal guiding magnetic field

A simulation is carried out to investigate a relativistic backward wave oscillator （RBWO） with a sinusoidal guiding magnetic field. In the numerical simulation, a microwave output power of 1.33 GW at 9.57 GHz microwave frequency with 33% conversion efficiency is achieved. It is a significant attempt which is helpful for developing a practical high power microwave （HPM） source guided by a permanent magnetic field.     

Experimental investigation of the relativistic backward wave oscillator with a periodic guiding magnetic field

Experiment is carried out on the accelerator Sinus-700 to investigate the Relativistic Backward Wave Oscillator （RBWO） with a periodic guiding magnetic field. When the strength of the guiding magnetic field, whose period is 4.6 cm, is 0.54 T, a microwave output power of 0.95 GW at 9.1 GHz microwave frequency is achieved. It is shown that the RBWO with a periodic guiding magnetic field is feasible.     

Experimental investigation of the relativistic backward wave oscillator with a periodic guiding magnetic field

Experiment is carried out on the accelerator Sinus-700 to investigate the Relativistic Backward Wave Oscillator (RBWO) with a periodic guiding magnetic field. When the strength of the guiding magnetic field, whose period is 4.6 cm, is 0.54 T, a microwave output power of 0.95 GW at 9.1 GHz microwave frequency is achieved. It is shown that the RBWO with a periodic guiding magnetic field is feasible.     

Ion-beam formation in a vacuum diode

The study considers mass composition and energy and time characteristics of ion beams. Their dependence on anode conditions is demonstrated. The possibility of generating strong ion beams in the spark stage of a vacuum discharge is evaluated.     

导引磁场控制相对论速调管放大器电子束收集的方法

通过改变磁场位形,利用粒子模拟方法,研究了相对论速调管放大器（RKA）中电子束收集位置对器件效率和工作稳定性的影响。合适的电子束收集位置对增加输出腔区束波作用强度、减小输出腔区强流电子束的空间电荷势能以及减少RKA中反射电子数量非常有利。对一个工作频率2.85 GHz的RKA的电子束收集方式进行了改进,在电子束参数为510 keV和8.1 kA,注入微波功率500 kW和导引磁场1.5 T时,模拟得到了1.4 GW的微波输出,效率33.7%,增益33.8 dB,改进电子束收集方式之前的模拟结果为输出功率1.1 GW,效率为26.3%。利用Surperfish设计了改进收集方式后所需的磁场位形,并导入粒子模拟程序进行了模拟,实现了对电子束收集位置的有效控制,输出效率为32%。