利用多扇区介质透镜得到TM01模激励的圆锥喇叭笔形波束辐射

 给出了一种改善TM₀₁模辐射特性的方法,由不同厚度的扇区组成的介质透镜放置于圆锥喇叭口径处,适当地选择各个扇区的厚度,从而产生圆极化的轴向为极大值的远场方向图。推导出了该天线辐射场的解析公式,解析结果与数值模拟有较好的吻合。当工作频率为5 GHz时,天线的增益达19.6 dB,口径效率31.3%,具有15.8%的带宽(反射系数S11<0.2), 且适合于高功率辐射。     

过模圆转弯波导的设计与实验

 研究了一种新型的过模圆转弯波导,可实现圆波导TM₀₁模的转弯传输。介绍了这种过模圆转弯波导的基本原理：即沿转弯平面插入一块金属板,将圆波导转换为两个半圆波导。圆波导TM₀₁模在半圆波导中转换为半圆波导TE₁₁模,经转弯传输后,重新将半圆波导TE₀₁模转换为圆波导TM₀₁模,从而实现圆波导TM₀₁模的转弯传输。基于这一原理设计了一个中心频率为2.856 GHz、转弯45°的过模圆转弯波导,并进行了数值模拟和实验研究。实验结果表明：其转弯半径为123.7 mm,转弯半径较小;在中心频点2.856 GHz处,传输损耗约为0.247 dB,驻波系数为1.217;在2.75～2.95 GHz的频率范围内传输损耗小于0.53 dB,驻波系数小于1.34。     

X波段介质和金属膜片混合加载行波加速结构的传播特性计算及模型腔的有关研究

计算了X波段(f=9.37GHz)介质和金属膜片混合加载行波加速结构的TM₀₁模和HEM₁₁模的色散曲线, 结果表明HEM₁₁模的截止频率比TM₀₁模的低, 说明与盘荷波导相比, 该种新加速结构单束团的BBU效应得到改善.实验研究优选得到了适用于该种新加速结构的介质(ε_r=5.812). 采用MAFIA程序优化设计了模型腔, 测试频率与设计的数值吻合得很好.     

圆波导TE11主模辐射方向性系数的误差分析

 对不同尺寸圆波导TE₁₁模，以及TE₁₁和TM₀₁不同比例混合模式的辐射情况进行了模拟研究，得到了E面、H面功率方向图，通过高功率微波远场测量常采用的假设方向图对称的方法，计算出E面、H面方向性系数，并与模拟得到的方向性系数进行对比。结果表明：TE₁₁单模及TE₁₁模与功率占5%，10%的TM₀₁模混合情况下，H面方向性系数与模拟得到的方向性系数最大差值小于0.8 dB，E面方向性系数与模拟值最小差值大于1 dB。因此，在这些情况下，H面方向性系数更接近于方向性系数，采用H面方向性系数计算功率结果更接近实际值。     

高功率微波弯曲圆波导设计

 报道了可分别传输TM₀₁模和TE₀₁模的两种弯曲圆波导的设计方法和计算结果。研究表明：所设计的TM01模弯曲波导和TE₀₁模弯曲波导在中心频率上传输效率均超过99.5%,传输效率大于95%的带宽分别达到20.0%和14.4%;该两个弯曲波导也分别适用于传输TE₁₁模和TM₁₁模;水平极化TE₁₁模与TM₀₁模、垂直极化TM₁₁模与TE₀₁模在弯曲圆波导中传输时具有相似的传输效率和频带特性;而垂直极化TE₁₁模、水平极化TM₁₁模由于不易和其它模式耦合,在弯曲波导中传输时具有较高的传输效率。     

紧凑型圆极化模式转换器

 提出了一种结构紧凑的、能将圆波导TM01模或同轴波导TEM模转换为圆极化TE₁₁模的高功率微波模式转换器。该转换器由前后2个十字转门波导结对接组成,前者首先把圆波导TM₀₁模转变为4个矩形波导中的TE₁₀模,4个矩形波导的长度不等;后者再把4个经过不同相位延迟的矩形波导TE₁₀模转变为圆波导中的圆极化TE₁₁模。对所设计的1.75 GHz模式转换器进行了仿真研究,在中心频率上,该模式转换器转换效率为99%,轴比为0.03 dB;在1.575~1.900 GHz的频率范围内,转换效率大于90%,轴比小于2.5 dB,对应带宽为18.6%。     

轴向反馈式虚阴极振荡器辐射微波模式的远场测定

 采用远场测量法测量了虚阴极振荡器波导口的微波辐射方向图及虚阴极振荡器波导口处接上TM₀₁-TE₁₁模式转换器时的微波辐射方向图,接收喇叭口面与微波辐射口之间的距离为1.00 m,满足远场条件。结果表明：两种情况下的辐射主模式分别为TM₀₁模式和TE₁₁模式,从而证实了在实验装置轴对称的条件下,轴向虚阴极振荡器的微波辐射主模式确为理论所预期的TM₂模式。对辐射模式的分析表明,TM₀₁模式纯度约为90%,TE₁₁模式的辐射功率为TM₀₁模式的5%左右;TE₂₁,TE₀₁和TM₁₁模式三者的总辐射功率较TM₀₁模式低一个量级以上,微波辐射功率大于300 MW,辐射频率为4.6 GHz左右,微波脉宽大于40 ns。     

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。     

TM610高次模圆柱谐振腔的模拟研究

 根据电磁场理论设计了S波段TM610高次模圆柱谐振腔。运用HFSS，ISFELD3D， CST-MS及MAFIA软件计算了该谐振腔中TM₆₁₀及其附近模式的电磁场分布、谐振频率及模式间隔。计算表明：TM₆₁₀模式的电磁场集中在漂移管头周围的区域，谐振腔中心处无电磁场分布。根据TM₆₁₀模式的特点，采取了在腔中心放置铁氧体微波吸收材料的方法来抑制杂模。HFSS模拟表明：腔内吸收材料可消除TM₅₁₀模式外大部分杂模的影响。采用了在主谐振腔外加耦合吸收腔的方法来抑制TM₅₁₀模式，该吸收腔基模TM₀₁₀的谐振频率等于TM₅₁₀的谐振频率。模拟表明：TM₅₁₀模式的大部分能量可以被吸收腔内的铁氧体材料衰减掉，Q值从15 604下降到571。     

过模慢波结构频率反射特性及谐振腔的影响

 利用有限元方法求解:S-参数矩阵，研究了过模慢波结构对圆波导TM₀₁，TM₀₂模的反射特性，分析了在慢波结构末端加入谐振腔后，由于两端口的不对称性而造成的对反射特性影响。结果表明，在TM₀₁的π模频率附近，慢波结构和谐振腔组成的系统对无谐振腔一侧端口入射TM₀₁模的反射增大，而对有谐振腔一侧端口入射TM₀₁模的反射减小。根据计算结果，解释了普通多波切伦柯夫振荡器所用慢波结构周期数较多的原因，说明了在多波切伦柯夫振荡器中引入谐振腔后，不但可以减少所用慢波结构周期数，而且有利于提高微波输出效率。     

X波段高功率宽频带双螺旋反射阵列天线的设计

为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360°的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了15×15矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明:该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。     

基于漏波波导的X波段高功率微波天线

 基于漏波波导行波天线辐射理论,设计了一种X波段基于漏波波导的高功率微波（HPM）天线。采用微扰法和横向谐振法对天线的辐射特性进行分析,结合数值模拟优化给出了一种基于漏波波导的X波段HPM天线的设计方案。数值模拟表明:该天线在9.6 GHz时增益为26.2 dBi,口径效率大于70%,反射系数小于-20 dB。通过理论分析与数值模拟得到该天线的功率容量大于200 MW,在最大增益点上对ns量级短脉冲的远场响应波形不存在畸变,验证了该天线在HPM条件下使用的可行性。     

X波段高功率微波一维相扫漏波天线阵

研究了一种可一维相扫的X波段高功率微波漏波天线阵,该天线阵由高功率微波功分网络、移相器和漏波平面阵组成。漏波平面阵由8个矩波导漏波线阵组成,增益29.6dB,口面效率70%,设计功率容量0.91GW;功分器网络采用圆波导TM01-双矩波导TE01模式变换和串列式矩波导功分器形式,输出端口间的不平衡度小于1.6dB,设计功率容量1.1GW;移相器采用侧壁簧片弯进改变矩波导宽度,实现0~360°移相,单路功率容量150MW。整阵相扫性能的全波仿真分析结果表明,在主瓣增益下降3dB的情况下,扫描角度可达到±40°。     

L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统,系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量,天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板,除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明,设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时,增益为22.7 dBi,天线口径效率为98.3%,反射系数为-25 dB,带宽达到5%,带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2。系统功率容量达到1.92 GW。     

X波段低副瓣波导缝隙阵列天线特性

根据Stevenson等效电路法设计了两个X波段低副瓣波导缝隙阵列天线。通过建立多个缝隙时的谐振长度提取模型,计算了存在缝隙间互耦时的谐振长度。两个阵列天线测试结果和仿真结果吻合良好,线阵中心频率实测增益为17.83dB,其仿真结果为18.2dB,实测副瓣为-28.12dB,其仿真结果为-29.97dB;平面阵列中心频率实测增益为27dB,其仿真结果为27.9dB,实测H面副瓣为-27.2dB,其仿真结果为-29.9dB,实测E面副瓣为-22dB,其仿真结果为-22dB。     

大尺寸模式转换天线的设计和实验研究

 在同轴波导尺寸较大的情况下,传统的插入四块金属板的同轴插板式模式转换器难以满足扇形波导内单模传输的条件。通过增加插板数目,设计了大尺寸情况下的模式转换器,并将其与同轴喇叭有机结合,设计了一个中心频率为7 GHz的新型模式转换天线,可以实现高功率微波源输出TEM模的定向辐射。该模式转换天线的数值计算结果为：增益22.2 dB,口径效率53.7%,中心频率上反射系数为0.07,在6.5~7.5 GHz频率范围内反射系数小于0.3。实验测量结果为：增益21.5 dB,口径效率约46%,在6.5~7.5 GHz频率范围内反射系数约为0.07~0.39。数值计算与实验测量结果基本一致。     

16单元矩形径向线螺旋阵列天线的理论分析和数值模拟

 提出了一种16单元矩形径向线螺旋阵列天线。介绍了该矩形阵列天线的提出背景以及工作原理,分析了两种电磁组合探针的耦合特性,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的16单元矩形径向线螺旋阵列天线。模拟结果表明：该口径为180 mm×180 mm 的天线在中心频率4.0 GHz 下,增益为18.24 dB,轴向轴比值1.065;在3.8～4.2 GHz的频率范围内增益大于17.89 dB,轴向轴比值小于1.2,反射系数小于0.15,口径效率大于85％。     

3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线研究

从理论、模拟和实验等角度详细研究了高功率径向线螺旋阵列天线。从该阵列天线的设计思想出发,提出并设计了中心频率为4.0 GHz的3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线,特别提出了螺旋单元天线的L型电磁组合耦合馈电,并对阵列天线进行了模拟和实验两方面的验证。实验结果表明,在3.6~4.1GHz的范围内,天线驻波比小于1.4,增益大于22.9 dB,口径效率大于65%。     

折射率渐变透镜的数值设计

传统折射率渐变透镜的设计要求初级馈源天线具有稳定的相位中心,这就限制了透镜的应用范围。为拓宽透镜的应用范围,提出了一种折射率渐变透镜的数值设计方法,通过对馈源天线的极化电场离散采样获得相位信息,并据此设计透镜,随后用金属短线结构的新型人工电磁材料来实现这种透镜。这种设计方法简单灵活,对馈源天线没有限制。以经典矩形贴片天线为例,比较了贴片天线和透镜天线的回波损耗和远场方向图,结果表明运用这种方法设计的透镜使贴片天线的增益提高了2 dB,口径效率从62%提高到了99%。     

近零介电常数材料用于天线口面加载研究

近零介电常数材料常用于口面加载以修正天线波前相位,提高口径效率。在对以往金属线阵周期结构研究基础上,提出了介质镀膜板周期结构的近零介电常数材料,并基于NRW本构参数法计算得到了该材料的等效介电常数,依据口面相位差平方和最小原则研制了中空形式的介质镀膜中空板加载结构。实验结果表明,X波段角锥天线加载后其主轴增益最大提高了1.8 dB,口径效率从原有0.4提高至0.6以上,相对工作带宽大于10%。