24 GHz宽波束阵列天线的设计

利用Rogers 5880为介质材料设计了一款应用于车载防撞雷达前端的圆极化微带阵列天线,该阵列天线采用直线阵结构,运用了多个四分之一波长阻抗变换器实现了阻抗匹配。仿真和测试结果表明: 该阵列天线的阻抗带宽(S₁₁ < -10 dB)为23.45~25.65 GHz,最大增益为15.54 dB;轴比带宽24.56~25 GHz,轴比最小为1.25 dB;第一副瓣电平小于-20 dB,E面半功率波瓣宽度为10°,H面波瓣宽度为75°,其尺寸为70.94 mm×14.72 mm×0.508 mm。该天线具有高增益、低副瓣、体积小、性能稳定等优点,在汽车防撞雷达系统中有广阔的应用前景。     

X波段高功率微波选模定向耦合器

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势,提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务,使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量,然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式,设计了一种在线选模定向耦合器,进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2~9.6 GHz时,模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54 dB,在400 MHz带宽内定向性大于35 dB,对TM02模的抑制度大于15 dB,功率容量可达到3 GW以上。     

X波段高功率微波选模定向耦合器

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势,提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务,使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量,然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式,设计了一种在线选模定向耦合器,进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2~9.6 GHz时,模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54 dB,在400 MHz带宽内定向性大于35 dB,对TM02模的抑制度大于15 dB,功率容量可达到3 GW以上。     

Ka波段宽带谐波抑制定向耦合器

为解决传统分支线定向耦合器带宽较窄,且应用到线性化器等微波元件中时受谐波信号影响较大的问题,提出了一个宽带且带有谐波抑制功能的定向耦合器。该定向耦合器在双支节定向耦合器的基础上增加一个支节,可有效地提高定向耦合器的带宽,同时将其传输线支节替换为低通滤波结构,以实现对高次谐波抑制的作用。仿真结果表明,该定向耦合器的反射系数和隔离度均小于-15 dB,传输损耗小于3.8 dB,波动范围0.5 dB,相位差为90°且与双支节耦合器相比增加1 GHz带宽。满足耦合器的设计指标,可应用到微波元件中,提高微波元件的性能。     

InP基矩形马赫-曾德高速电光调制器行波电极设计与测试

提出了一种由新型沟槽耦合器和90°弯曲波导构成的InGaAsP/InP基矩形马赫-曾德电光调制器,对该调制器的L型波导相移臂设计了T型类微带行波电极.首先利用电极的等效电路估算带宽上限,进而在考虑阻抗匹配、回波损耗以及带宽等性能的基础上,使用有限元方法对电极的传输、输入/输出以及过渡区的结构参量进行优化.仿真结果表明由于受到电极输入及过渡区的性能限制,设计的整体行波电极匹配阻抗大于42Ω,回波损耗小于-15dB,带宽可达65GHz.测试制备的Ti/Au行波电极,得到回波损耗为-12dB和带宽为20GHz的最优性能.     

圆波导定向耦合器在高功率微波测量中的应用

介绍了大功率容量定向耦合器的设计、标定、测试与应用情况。以X波段圆波导定向耦合器为例,在9.2~10.2 GHz的频带范围内,基于小孔耦合理论优化设计的结构,其耦合度可以稳定在(552) dB以内,隔离度大于80 dB。在此基础上,设计加工了X波段圆波导定向耦合器并进行了标定测试,测试与仿真结果吻合较好,高功率微波实验证实了其具有较高功率容量,能够满足实验需求。该类圆波导定向耦合器已广泛应用于实验室高功率微波源的在线测量装置中。     

圆波导定向耦合器在高功率微波测量中的应用

介绍了大功率容量定向耦合器的设计、标定、测试与应用情况。以X波段圆波导定向耦合器为例,在9.2~10.2 GHz的频带范围内,基于小孔耦合理论优化设计的结构,其耦合度可以稳定在(55±2)dB以内,隔离度大于80 dB。在此基础上,设计加工了X波段圆波导定向耦合器并进行了标定测试,测试与仿真结果吻合较好,高功率微波实验证实了其具有较高功率容量,能够满足实验需求。该类圆波导定向耦合器已广泛应用于实验室高功率微波源的在线测量装置中。     

2.45 GHz ECR离子源的微波阻抗匹配

ECR离子源的等离子体阻抗对其微波传输与阻抗匹配设计至关重要。在中国科学院近代物理研究所现有的2.45 GHz ECR 质子源上,对等离子体阻抗进行了测量。首先用水吸收负载代替等离子体负载测量得到了所用微波窗阻抗,然后根据质子源测量数据,推算得到了等离子体阻抗。实验结果表明,脊波导输出端阻抗与后续负载不完全匹配,等离子体阻抗随微波功率变化呈非线性。这些结果为ECR离子源过渡匹配和微波窗的设计提供了参考依据。Plasma impedance of an ECR ion source is important for microwave transmission and impedance matching design. Plasma impedance was measured indirectly with the 2.45 GHz ECR proton source at the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences. In the test, we got microwave window mpedance by using water absorption load instead of plasma load, and the source plasma impedance was derived from the test data with the 2.45 GHz ECR proton source and microwave window impedance. The experimental results show that ridge waveguide output impedance and the subsequent load does not exactly match, plasma impedance variation is nonlinear with microwave power. The achievedresult is useful in the design of ridged waveguide and microwave window.     

定向耦合法测量非标准接口元件驻波系数

 利用网络分析仪,根据需要在设定的频率范围进行扫频测量,网络分析仪的端口1输出的微波信号经过微波传输转换器进入与待测非标准元件匹配连接的连接段（如波导）;网络分析仪的端口2连接定向耦合器,用于监测传输段内的反射微波信号。首先,在非标准接口端面连接短路面,通过网络分析仪测量反射信号在设定频点的相对幅度值;然后去掉短路面,在非标准接口端面连接待测元件,再次测量反射信号在特定频点的相对幅度值;最后根据本文推导的公式得出驻波系数。该方法的测量误差与定向耦合器的方向性（方向性系数越大越好）和待测元件驻波系数有关。将该方法运用在非标准接口匹配负载驻波系数的测量中,定向耦合器方向性系数取为40 dB,测得其驻波系数小于1.2,误差小于20%。该方法简便可行,可以用于测量常用的非标准接口元件尤其是非标准低驻波系数元件的驻波系数。     

定向耦合法测量非标准接口元件驻波系数

利用网络分析仪,根据需要在设定的频率范围进行扫频测量,网络分析仪的端口1输出的微波信号经过微波传输转换器进入与待测非标准元件匹配连接的连接段（如波导）;网络分析仪的端口2连接定向耦合器,用于监测传输段内的反射微波信号。首先,在非标准接口端面连接短路面,通过网络分析仪测量反射信号在设定频点的相对幅度值;然后去掉短路面,在非标准接口端面连接待测元件,再次测量反射信号在特定频点的相对幅度值;最后根据本文推导的公式得出驻波系数。该方法的测量误差与定向耦合器的方向性（方向性系数越大越好）和待测元件驻波系数有关。将该方法运用在非标准接口匹配负载驻波系数的测量中,定向耦合器方向性系数取为40 dB,测得其驻波系数小于1.2,误差小于20%。该方法简便可行,可以用于测量常用的非标准接口元件尤其是非标准低驻波系数元件的驻波系数。     

用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计

为实现模块化相对论速调管放大器功率、频率和相位的在线测量,对紧凑型高定向性高带宽的定向耦合器进行了仿真和实验研究。利用小孔耦合理论和相位叠加原理进行理论分析,设计了一种双孔紧凑型定向耦合器,在此基础上采用主、副波导正交连接,耦合孔沿轴向和角向二维分布的方法,进一步缩短了耦合器的长度。通过电磁仿真对耦合器各参数进行优化,模拟结果表明：当中心频率为10 GHz时,普通双孔定向耦合器对TM01模式的耦合度为-60.68 dB,在250 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度为3.49 cm。改进型定向耦合器对TM01模式的耦合度为-58.1 dB,在300 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度仅为1.8 cm（约0.6λ）。耦合器的冷腔实验测量结果与仿真结果符合较好。     

X波段高功率宽带选模定向耦合器

过模圆波导在提高功率容量的同时,不可避免地会造成微波源中同时存在多种模式。为了监测X波段长脉冲高功率微波源TM₀₁模的输出功率和频谱,采用CST软件仿真设计了X波段高功率宽带选模定向耦合器,在耦合TM₀₁模的同时可实现对TM₀₂和TE₁₁模的抑制。波导腔体及耦合孔的尺寸以小孔耦合理论和相位叠加原理为基础并结合切比雪夫分布函数计算确定。仿真结果表明：该高功率宽带选模定向耦合器在9.0~9.8 GHz的带宽范围内,耦合度为(-59.08±1) dB,定向性大于30 dB,对TE₁₁模的抑制度大于15 dB,对TM₀₂模的抑制度大于30 dB,功率容量大于2.5 GW。     

窄带大功率高温超导滤波器的研制

本文中,我们介绍一个中心频率大约为2.015GHz,相对带宽小于0.35%,通带内回波损耗大于20dB,带外零点高度大约为-45dB,通带内插损小于0.2dB的窄带四阶双模片型高温超导滤波器.我们对该滤波器在不同输入功率下的传输特性曲线进行了测试,测试结果表明,在输入微波信号功率值为11.7W的情况下,该器件的传输特性曲线没有发生显著退化.     

带状注行波管E面和H面宽带耦合器

设计和分析了应用于W波段带状注行波管的E面多孔输入输出耦合器和H面多孔输入输出耦合器。研究表明,采用多孔耦合,不仅可以实现电磁场与电子注的汇聚和分离,还可以实现极宽工作带宽。HFSS仿真分析结果表明:E面多孔定向耦合器1dB相对带宽达43GHz,且隔离度优于20dB的相对带宽达到40GHz;H面定向耦合器在E面耦合器的10个耦合孔数的基础上,通过增加2个耦合孔数,1dB相对带宽提升到30GHz,且隔离度大于15dB的相对带宽达到32GHz。两种新型耦合器在极宽的工作带宽内实现低反射、高隔离的性能。与E面耦合器相比,H面耦合器易于加工和利于与周期永久磁体的封装集成。     

L波段小型化同轴-共面波导定向耦合器

设计了一种适用于L波段高功率微波辐射场测量的同轴型定向耦合器。分别选择同轴线和金属底板共面波导（CBCPW）作为主副传输线,减小定向耦合器横截面积;利用小孔耦合理论和微元法对耦合结构进行理论分析,选择连续渐变的菱形耦合缝隙,缩短定向耦合器长度;采用数值模拟的方法对耦合器结构进行优化,并对其性能参数进行实验测试,结果表明, 在1~2 GHz频带范围内耦合度约为47 dB,方向性大于17 dB。     

轴向分区双频磁绝缘线振荡器的数值模拟

为了便于模式变换器的设计,达到双频微波都能集中辐射的目的,提出一种轴向分区的双频磁绝缘线振荡器,该器件束波互作用区为中间隔开、两端不同周期、不同深度的慢波结构,使电子在上下游与不同频率特性的慢波结构进行束波互作用,得到稳定的双频微波输出。使用2.5维全电磁粒子模拟软件进行数值模拟,在工作电压450 kV,电流40 kA条件下输出微波功率为1.4 GW,功率效率约为7%,输出的微波频率分别为1.25 GHz和1.65 GHz,两者频谱幅度相差约为1.5 dB,模式为TEM模。     

圆波导-矩形波导小孔耦合定向耦合器设计

设计了圆波导-矩形波导通过小孔耦合的定向耦合器装置,应用于高功率微波器件输出功率测量。利用弱耦合波理论分析了单孔耦合,对单孔耦合进行了理论分析和数值计算,并在HFSS中模拟了中心频率34 GHz、耦合度－40 dB的TE01TE10单孔耦合,将数值计算结果和模拟结果进行了对比,两者最大差值为0.4 dB, 相对误差近1%,从而证实理论分析和数值计算的正确性,证实了此种单孔耦合器不具备定向耦合的条件。在单孔耦合的基础上利用相位叠加原理详细分析了多孔定向耦合阵列原理,得出多孔耦合器且满足反向相位相消的条件才具备定向耦合;为设计此种定向耦合器提供了设计理论和参考依据。在实际加工中只要给出标定的耦合度和方向性系数就可以确定耦合孔尺寸。     

220GHz三级串联交错双栅慢波结构

提出了一种220 GHz三级串联的交错双栅行波管结构,针对影响整体传输性能的核心部件——输入输出耦合器进行了详细分析,并以此为基础设计了串联交错双栅慢波结构。通过数值模拟分析,确定了一种由齿深渐变光栅和半圆同心弯头组成的新型输出输入耦合结构。整管粒子仿真结果显示慢波结构内部没有出现振荡现象,且在220GHz达到了30dB增益,3dB带宽达到23GHz,有效改善了该类串联结构由于多个电子注加载通道造成的行波管传输特性下降问题。     

220 GHz三级串联交错双栅慢波结构

提出了一种220 GHz三级串联的交错双栅行波管结构,针对影响整体传输性能的核心部件输入输出耦合器进行了详细分析,并以此为基础设计了串联交错双栅慢波结构。通过数值模拟分析,确定了一种由齿深渐变光栅和半圆同心弯头组成的新型输出输入耦合结构。整管粒子仿真结果显示慢波结构内部没有出现振荡现象,且在220 GHz达到了30 dB增益,3 dB带宽达到23 GHz,有效改善了该类串联结构由于多个电子注加载通道造成的行波管传输特性下降问题。     

S-Band 3dB定向耦合器的优化设计及应用

3dB定向耦合器在组成微波器件中有着广泛的应用,在我们的实验室中最常用到的带有3dB定向耦合器的微波器件是移相器、衰减器和能量倍增器等,dB定向耦合器的性能参数对上述器件的性能起着决定性的作用.在对原有S-band 3dB定向耦合器模拟研究的基础上,通过对不同组数据的分析比较,提出了此结构的优化设计方案.重新设计后的3dB定向耦合器不仅简化了加工工艺,而且驻波比、不平衡度、隔离度都达到了更好的效果.将新设计的定向耦合器应用到移相器中,通过对新老移相器的模拟和测试结果的比较可以看到移相器的各项指标均比原来有所提高,而这也是以往移相器所无法达到的新指标.对新加工的移相器试验件的测试数据表明,实验测试和模拟计算的一致性很好.