X波段高功率微波四路合成器的设计与仿真研究

为了获得更高的输出功率,开展了四路高功率微波合成器的设计与研究。运用极化正交模式耦合的方法,以及TE11模有垂直和水平两种耦合系数相差极大的极化状态,设计并验证两路三通道耦合器中电磁波相同模式和相同极化方向耦合及能量传输,最后在它们的理论与仿真基础上,设计一种可行的四路高功率微波合成器结构,使四路高功率微波利用波导合成并输出。该高功率微波合成器主要由输入段、耦合段及输出段三部分组成,合成器有四个输入段,并且与四个输入端口相连,四个输入段部分为副波导通道;主通道为输出段,与输出端口直接相连。四个副通道分别利用各自与主通道之间的狭长耦合缝将能量耦合到主通道中,经主通道输出口输出。利用电磁仿真模拟软件,副通道的能量耦合效率能够达到95%以上,可以有效实现四路微波高效合成,为功率合成器提供一种应用途径。     

X波段高功率容量Rotman透镜设计与仿真

介绍了Rotman透镜的工作原理,给出了透镜的设计方程。为适应天线在高功率水平下工作的需求,使用平板型设计,以提升功率容量,采用宽度渐变的方式改善了Rotman透镜的传输线分布方式。设计了一款工作在9.4 GHz、拥有9个输入端口和9个输出端口的高功率容量Rotman透镜天线。仿真结果表明,天线的扫描角度可以达到±22°,各方向增益大于16.5 dBi,效率约为60%,功率容量可达到0.9 GW。     

X波段高功率微波馈源辐射总功率阵列法测量技术

分析了采用阵列法测量高功率微波(HPM)馈源辐射总功率的相关技术环节。仿真计算了某型X带HPM馈源辐射场分布,设计了积分法测量辐射总功率的参数,并对积分总功率与端口注入功率的关系以及积分方法引入的测量误差进行了计算。设计了由8路HPM辐射场功率密度测量系统组成阵列,对馈源辐射场功率密度进行测量,保证功率密度测量结果一致性和重复性。测量结果表明：多路测量系统测量波形相同,单路系统多次重复测量偏差在±0.1 dB内,多路测量系统对同一点辐射场功率密度测量偏差在±0.3 dB内,馈源热测E面方向图与冷测结果基本符合,积分总功率与等效辐射功率测量结果吻合较好。     

高功率微波高斯馈源口面场分析

 用波导本征模展开方法对用于高功率微波发射系统的方角锥高斯馈源口面场进行分析，提出结合馈源远场辐射特性和避免高功率击穿折衷选定相应的高斯模注腰半径，进而确定多个波导模幅值，从而为运用模匹配或耦合波理论设计高斯馈源提供依据。     

X波段高功率微波TE11模圆极化器

 基于圆波导TE₁₁模的模式简并特性和微波在椭圆波导中传输两个正交TE11模式相速不同的性质,研制了一种带有椭圆波导结构的圆波导TE₁₁模圆极化器。该圆极化器通过圆波导到椭圆波导的过渡段,将输入的线极化TE₁₁模式分成两个等幅、正交的TE₁₁模,然后调整椭圆波导长度,使得两个正交的TE₁₁模式的相位差为90°,实现了TE₁₁模式微波线极化到圆极化的转换。利用时域有限差分软件优化设计了该圆极化器,并按照优化的结构尺寸加工了一套实验装置进行了实验测试,测试结果表明：在工作频率9～10 GHz范围内,该圆极化器轴比小于1 dB,驻波比小于1.1,且功率容量大于1.6 GW。     

高功率微波高斯馈源口面场分析

用波导本征模展开方法对用于高功率微波发射系统的方角锥高斯馈源口面场进行分析,提出结合馈源远场辐射特性和避免高功率击穿折衷选定相应的高斯模注腰半径,进而确定多个波导模幅值,从而为运用模匹配或耦合波理论设计高斯馈源提供依据。     

紧凑型宽谱高功率微波辐射器仿真设计

为了提高宽谱高功率微波辐射源的辐射因子,提出采用双路同步输出的宽谱谐振器驱动2×2宽带高功率贴片天线阵的技术思路。设计了一种双路同步输出的宽谱高功率脉冲谐振器,由两个同轴谐振腔尾尾相连,并共用一个环形对地开关,实现两路宽谱脉冲的同步产生与输出,通过对"T"形充电结构进行优化,使输出宽谱脉冲幅值达到充电电压的0.89倍。2×2宽带高功率单层贴片天线阵采用气体基底和单层贴片结构以降低重量,单层贴片设计为E形以拓展工作带宽,通过对天线阵几何参数进行全局优化,优化后的天线阵百分比带宽为47%(驻波比VSWR小于2),中心频率300 MHz的增益为11.8dB。对天线阵工作过程中的电场强度分析表明,在天线罩内填充105 Pa的SF6气体时,理论功率容量可达到7.4GW。对整个辐射系统的电性能进行了仿真分析,系统的理论辐射因子可达谐振器充电电压的2.8倍。     

紧凑型宽谱高功率微波辐射器仿真设计

为了提高宽谱高功率微波辐射源的辐射因子,提出采用双路同步输出的宽谱谐振器驱动22宽带高功率贴片天线阵的技术思路。设计了一种双路同步输出的宽谱高功率脉冲谐振器,由两个同轴谐振腔尾尾相连,并共用一个环形对地开关,实现两路宽谱脉冲的同步产生与输出,通过对T形充电结构进行优化,使输出宽谱脉冲幅值达到充电电压的0.89倍。22宽带高功率单层贴片天线阵采用气体基底和单层贴片结构以降低重量,单层贴片设计为E形以拓展工作带宽,通过对天线阵几何参数进行全局优化,优化后的天线阵百分比带宽为47%(驻波比VSWR小于2),中心频率300 MHz的增益为11.8 dB。对天线阵工作过程中的电场强度分析表明,在天线罩内填充105 Pa的SF6气体时,理论功率容量可达到7.4 GW。对整个辐射系统的电性能进行了仿真分析,系统的理论辐射因子可达谐振器充电电压的2.8倍。     

X波段馈源输出窗高功率微波击穿实验装置

为了开展高功率微波(HPM)馈源输出窗介质击穿实验研究,设计了一种组合型X波段高功率微波（HPM）喇叭馈源击穿实验装置。装置采用变张角喇叭与可移动介质输出窗组合的结构,通过调节变张角喇叭口面与输出窗间的距离,使得介质输出窗内表面电场强度可调。数值模拟结果表明：在满足馈源喇叭驻波比小于1.15,E面和H面基本等化的情况下,当调节变张角喇叭口面与介质输出窗距离在0～400 mm范围内变化时,HPM馈源输出窗上的电场强度变化为32.6~87.0 kV·cm-1,满足了在真空度3×10-3 Pa、脉冲宽度20 ns条件下,HPM介质击穿对电场强度变化的要求。根据数值模拟结果,设计加工了HPM介质击穿实验装置,并成功地应用于GW级HPM馈源输出窗介质击穿实验研究。     

X波段馈源输出窗高功率微波击穿实验装置

为了开展高功率微波(HPM)馈源输出窗介质击穿实验研究,设计了一种组合型X波段高功率微波(HPM)喇叭馈源击穿实验装置。装置采用变张角喇叭与可移动介质输出窗组合的结构,通过调节变张角喇叭口面与输出窗间的距离,使得介质输出窗内表面电场强度可调。数值模拟结果表明:在满足馈源喇叭驻波比小于1.15,E面和H面基本等化的情况下,当调节变张角喇叭口面与介质输出窗距离在0~400 mm范围内变化时,HPM馈源输出窗上的电场强度变化为32.6~87.0 kV.cm-1,满足了在真空度3×10-3Pa、脉冲宽度20 ns条件下,HPM介质击穿对电场强度变化的要求。根据数值模拟结果,设计加工了HPM介质击穿实验装置,并成功地应用于GW级HPM馈源输出窗介质击穿实验研究。     

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。     

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°。     

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。     

一种用于高功率微波合成的X波段双色板

在数值模拟的基础上,设计了一种用于高功率微波合成的X波段同频带双色板。微波斜45入射时,该双色板在9 GHz到9.3 GHz内反射效率大于99%,在9.7 GHz到10 GHz内传输效率大于99%,可以用于实现两路高功率微波的同极化合成。利用电磁场全波分析软件,建立了双色板数值模型,分析了该双色板的场增强因子和功率容量问题。     

一种用于高功率微波合成的X波段双色板

在数值模拟的基础上,设计了一种用于高功率微波合成的X波段同频带双色板。微波斜45°入射时,该双色板在9 GHz到9.3 GHz内反射效率大于99%,在9.7 GHz到10 GHz内传输效率大于99%,可以用于实现两路高功率微波的同极化合成。利用电磁场全波分析软件,建立了双色板数值模型,分析了该双色板的场增强因子和功率容量问题。     

X波段新型低阻抗高功率微波源的模拟研究

提出了一种新型低阻抗高功率微波源,能在单个器件内产生两束锁相的相干高功率微波,对两束相干微波进行功率合成有望在单个高功率微波器件中实现更高的功率输出.粒子模拟结果显示,在电压687 k V、磁场0.8 T时,该微波源整体阻抗36?,两束微波的频率都为9.72 GHz,输出功率分别为1.20 GW和2.58 GW,功率效率分别为28%和30%;两束输出微波之间频率抖动小于±3 MHz,相位差抖动小于±3?.     

X波段左手材料高功率微波天线罩实验研究

为改善高功率微波天线的性能,设计了一种新型X波段左手材料高功率微波天线罩,并对其进行了实验冷测研究。结果表明,加载一到四层左手材料天线罩均可在一定频率范围内汇聚波束和提高增益,其中加载一层左手材料天线罩时,天线增益提高最大,在频率为9.32 GHz时增益提高最大幅度约为9.64 dB。将实验结果与理论仿真进行对比发现,两者并没有吻合一致。分析了天线罩的功率容量,可以实现高功率微波的应用。     

波导缝隙阵列天线高功率微波应用探索

设计了一种波导窄边缝隙天线阵,其微波传输工作于行波状态,绝大部分能量被缝隙耦合辐射,其余能量被匹配负载吸收。通过等效电路的方法,使得各个缝隙达到均匀辐射,从而具备可拓展组阵能力,此外通过设计移相结构改变相位差,实现方位角方向的波束扫描。该缝隙天线工作在行波状态,避免了电场集中现象的出现,且工作于真空环境,具有较高的功率容量。