L波段全腔提取轴向输出相对论磁控管设计

设计了一种全腔提取轴向输出相对论磁控管。在模工作的N腔磁控管中, 该结构利用磁耦合的方式通过两个相邻谐振腔在一个扇形波导内激励起TE11模, 然后再由N/2个相位相同的扇形波导TE11模沿轴向向外传输。对L波段全腔提取轴向输出磁控管进行了仿真设计, 在600 kV, 6.3 kA的条件下, 获得1.89 GW微波输出, 功率转换效率50%, 微波频率1.57 GHz。该结构在径向方向上仅增加一个扇形波导厚度, 便于实现相对论磁控管的紧凑、高效设计。     

双微波源共轴辐射馈线结构的设计

设计了一种将两个不同波段微波源输出微波馈向同一个馈源喇叭的双波段馈线结构。该结构不仅对两个微波源输出的TM01模进行了有效的模式转换,而且实现了两个波段的微波共用辐射天线。采用双弯曲圆波导模式转换器实现高频段微波源输出微波的模式转换和轴线的定量平移;采用中间模式为矩形波导TE10模的圆波导TM01模-同轴波导TE11模的模式转换器,实现低频段微波源输出微波的模式转换及与高频段微波源输出微波的共轴输出。数值仿真结果验证了设计思路的正确性。     

一种新型光子晶体波导定向耦合型超微偏振光分束器

将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置,两波导之间由三排空气孔相隔,构成一个定向耦合器.数值分析了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该定向耦合器中的传播行为.结果表明,减小耦合区两波导间的一排介质柱的半径,TE模的耦合长度减小,而TM模的耦合长度不变.基于此结构,设计了超微偏振光分束器,整个器件的尺寸为10.1μm,与已报道的24.2μm的结果相比,该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率.     

径向线型模式变换器

 研究了一种通过改变波导内场分布的旋转对称性,可将高功率微波源输出的TEM模或TM01模转换为TE11模的径向线型模式变换器。介绍了该模式变换器的基本原理,即采用金属插板将同轴波导TEM模变换为4路90°扇形波导TE11模,各路扇形波导间所需的输出相位差通过将扇形波导转换为双层径向线传输来实现。基于这一原理,设计了一个中心频率为1.6 GHz的同轴TEM-TE11模式变换器,并进行了数值模拟计算,结果表明该模式变换器具有较高的功率容量,中心频率处反射系数为0.05,模式转换效率为99%,在1.52~1.68 GHz的频带范围内,模式转换效率大于90%。     

具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计

 基于模式耦合理论,在理论推导出弯曲同轴波导TEM模和同轴TE11模之间耦合系数显式表达的基础上,报道了可传输同轴TE11模的弯曲同轴波导的设计方法和计算结果,并进行了实例研究。数值仿真结果表明：设计的具有同轴结构的弯曲波导,利用不同的同轴空间,在P,L,S波段中心频率0.680,1.575和3.75 GHz处TE11模单模传输效率超过了99.5%,单模传输效率超过90%的工作带宽分别为0.60～0.83,1.10～2.42和3.10～4.16 GHz。该结构的功率容量在各频段均达到了GW量级。     

基于长缝耦合的紧凑型TE31-TE11高功率微波模式变换器

提出了一种新型的TE31-TE11模式的紧凑型高功率微波模式转换器结构，在对比分析TE31和TE11两个模式的场分布特征相互关系基础上，通过在输入和输出圆波导组成的内外套筒结构和适当布置镜像对称分布的轴向耦合长缝，实现在小于1.2个波长的轴向长度内将相对论磁控管产生的L 波段TE31模式高功率微波转换为可定向辐射的圆波导TE11模式，采用全电磁波仿真结合Taguchi方法优化了模式转换器的几何参数，在工作频点获得的仿真模式转换效率为99%，效率高于95%的带宽达到10%，并对其工作于真空环境下的瞬态功率容量进行了仿真分析，理论的瞬态功率容量可达到3.4 GW。     

同轴辐射相对论磁控管的功率合成研究

同轴辐射相对论磁控管,又称具有衍射输出的相对论磁控管,是目前相对论磁控管在小型化和紧凑化方向发展的重要分支,也是有望成为最紧凑的窄带高功率微波源器件之一.根据同轴辐射相对论磁控管直接轴向辐射准TE11模式的方式和特点,开展了两路同轴辐射相对论磁控管共用一个喇叭的功率合成研究.通过对平行排列结果的分析讨论,提出了一种改善辐射方向性的方法和结构.最终的研究结果表明:当两路同轴辐射相对论磁控管并排靠近放置且夹角为7°,共用喇叭的参数为h=600mm,r=340mm时,π模反射系数为0.31,最大增益21.5dB,辐射模式为TE11模.     

用于磁控管轴向辐射TE_(11)模式的紧凑型输出结构北大核心CSCD

提出了一种用于轴向输出相对论磁控管中具有TE_(11)辐射模式的紧凑型输出结构。该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过合理设计谐振腔结构与输出圆波导之间过渡结构,模拟实现了圆TE_(11)模式微波的轴向输出。与传统衍射输出相对论磁控管相比,本文设计的轴向输出结构,不仅能在输出波导中获得更加纯净的微波模式,而且能减小磁控管的径向尺寸,使得系统更加紧凑化。初步的粒子模拟结果表明:当电压为280kV、磁场强度为0.5T时,该器件的工作频率为4.18GHz,输出功率为247.0 MW,功率转换效率达到21.9%。     

磁控管衍射输出结构的π模特性

 磁控管结构以及类磁控管结构（无阴极）是具有衍射输出结构的磁控管最基本的组成单元,分析这两种结构的色散关系是研究具有衍射输出结构的磁控管模式转换和传输特性的基础。在基于场匹配法得到类磁控管结构的色散关系的同时,利用数值计算定量分析了6腔和2腔磁控管结构以及类磁控管结构中的π模谐振点随结构参数的变化关系。分析结果表明：对于磁控管结构,当阴阳极间距一定时,π模谐振波数随谐振腔半径的减小而增大;当谐振腔半径一定时,π模谐振波数随阴阳极间距的增大而增大;对于类磁控管结构,π模谐振波数随谐振腔深度的减小或提取腔半径的减小而增大。     

高功率微波波导无源器件迭代设计方法

以耦合波理论为基础,提出了基于最速下降原理的过模波导器件迭代设计方法,并提出了结构控制技术和多频设计技术来满足结构特性和频响特性需求。该方法能够对过模波导器件进行统一有效设计。设计了中心频率为35 GHz、半径为13.6 mm的TE01-TE11模式变换器,采用多频设计技术,相对带宽可达到13.6%,相比于单频设计方法,带宽增加了2.3倍。     

径向非均匀磁场下的磁控管工作性能模拟

 为了改善磁控管的输出频谱,使模拟结构更接近实际情况,考虑了磁钢和极靴的实际尺寸。用MAFIA对磁控管内的磁系统进行建模和模拟。得到的磁场纵向分布有随着径向半径的增大而增大的趋势,这种径向不均匀性与实验测试结果一致。将非均匀的径向阶梯形变化磁场分布带入腔体热测计算,模拟得到的π模工作频率2.437 GHz,实际工作频率2.450 GHz,相对偏差0.5%,并在高频谐波的抑制上获得了输出频谱的显著改善,使微波炉磁控管具有更好的电磁防护和实际应用。     

X波段过模弯曲圆波导TM01-HE11模式变换器研究

在波束波导和反射面天线的馈源应用中, 为了产生低副瓣且方向图等化的高斯波束, 需要将高功率微波转换为准高斯模HE₁₁模辐射. 本文利用弯曲圆波导可同时从TM₀₁模产生TE₁₁模和TM₁₁模的原理, 提出了采用双弯曲过模圆波导结构直接将TM₀₁转换为HE₁₁的模式变换器, 避免了常规微波领域中首先将TM₀₁转换为TE₁₁再用波纹式或半径渐变式TE₁₁-HE₁₁转换器转换为准高斯波束功率容量不足或尺寸过长的不足. 基于模式耦合理论和Taguchi优化算法对模式变换器的弯曲半径、相移直端长度及引入位置进行了优化, 使输出的TE₁₁和TM₁₁成一定比率, 以组成HE₁₁模式, 并对设计的模式变换器进行了全电磁波仿真分析, 结果表明输出波束的标量高斯含量在9.05–9.8 GHz范围内均高于99%, 理论功率容量可达4.5 GW. 关键词： 高功率微波 模式耦合理论 Taguchi优化算法 模式变换器     

W波段磁控管型高次谐波潘尼管的研究与设计北大核心CSCD

针对在高频率、高效率、低磁场及低电压工作方面具有自身独特优势的磁控管型高次谐波潘尼管进行了研究与设计。通过对磁控管型谐振系统的研究,指出了工作在高次谐波时谐振系统设计与谐波次数选择的问题。在此基础上完成了对采用11腔、工作在2π模式的高次谐波潘尼管的设计。3维粒子仿真和优化的结果表明:该器件可以在磁场为0.379T、工作电压为30kV、工作电流为1A、横纵速度比为2的条件下,在W波段(99.1GHz)得到8.6kW的功率输出,相应的束波转换效率达28.7%。     

W波段回旋行波管输入输出段的改进设计

在回旋行波放大器的设计中,输入输出段的性能直接影响到整管输出功率、效率及增益。设计了一种采用渐变过渡段的输入耦合器来减少电子注在前端的截获,而且略微地提高了耦合特性,有效带宽达到4.06 GHz。采用二级切比雪夫渐变波导作为输出结构的耦合输出段,从仿真结果得到,在整个工作频段内,该结构中TE01工作模式的反射低于-20 dB,TE01模向杂模TE02和TE03的耦合分别在-20 dB和-30 dB以下。     

94GHz的TE_(11)-HE_(11)模式变换器设计

基于模式匹配技术的迭代综合方法优化设计了94 GHz的TE11-HE11模式转换器。采用商用电磁仿真软件对设计的模式变换器的性能进行了验证,两者结果基本一致。在88~102 GHz的频带范围内,模式输出纯度超过98%,其中最大模式纯度为99.1%。设计的基于半径微扰的光滑壁圆波导结构的模式变换器结构简单,易于加工,同时避免了波纹模式变换器波纹间隔易发生击穿的弊端。     

E面和H面方向图等化的双模圆锥喇叭设计

 介绍用于Φ7.3 m Cassegrain天线的高功率馈源喇叭的设计。为使E面和H面方向图在照射区域内具有高的等化度,选择双模圆锥喇叭作为馈源的结构形式。由于高功率源采用BJ-32波导输出信号,故馈源系统中还应包含一个矩形到圆形的模式转换器,将TE10模转换为TE11模。设计了双模圆锥喇叭和模式转换器,并进行了功率容量估算。测试结果表明,所设计的馈源达到了设计要求,理论计算结果和实验测试数据吻合良好。     

同轴波导内金属支撑杆的散射特性研究

 对同轴波导内传输TEM模时金属支撑杆的散射特性进行了研究。通过将同轴波导等效为窄边是磁壁的矩形波导,建立了金属支撑杆的散射场计算模型,用积分方程法得到了散射场的计算公式,其计算结果与有限元方法仿真结果吻合良好。分析计算和实验表明：当同轴波导传输TEM模时,n根角向均匀分布的支撑杆在同轴波导内激励起一系列TE(mn)1模式;当n大于同轴波导截面平均周长与波长之比时,金属杆所激励的高阶模截止,输出和反射模式仅为TEM模,其反射系数随支撑杆根数或支撑杆半径的增加而增大,随频率的升高而减小。     

宽带非均匀半径渐变TE0n-TE0(n+1)模式转换器的设计研究

基于耦合波理论,对两类半径渐变圆波导TE0n-TE0(n 1)模式转换器进行理论分析、数值计算和仿真模拟.均匀半径渐变波导高功率模式转换器,采用中心频率为17.14 GHz、六周期TE02-TE03模式和中心频率为34.30 GHz、六周期TE01-TE02模式两种设计参数.非均匀半径渐变波导高功率模式转换器,采用中心频率为34.30 GHz、六周期TE01-TE02模式为设计参数.研究的重点在于保证足够转换带宽的情况下,力求最大化模式转换效率和模式纯度.通过理论分析和模拟,这种新型的非均匀半径渐变波导模式转换器在转换效率和带宽方面都明显优于传统的模式转换器,峰值转换效率达99.5%,转换带宽超过1.5 GHz.     

二维正方晶格光子晶体禁带特性

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性,结果表明,TE模构成的波导电磁波能够较好的传播,它们的光子禁带都没有出现。研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

9.4 GHz过模光滑壁TE11HE11模式变换器设计

采用半径微扰的光滑壁圆波导产生HE11模,避免了常规微波领域中采用的波纹渐变转换器在高功率微波领域应用时易发生齿间打火的不足。采用基于模式耦合理论的迭代综合方法优化了不规则的半径渐变轮廓,使输出产生组成HE11模的混合模式。并通过全电磁波仿真软件进行了对比, 输出波束标量高斯含量在9.1~9.7 GHz范围内均高于99.5%,功率容量4.9 GW。