一种基于嵌套结构的锁频锁相高功率微波振荡器仿真研究

高功率微波（HPM）产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用,同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率微波振荡器。相对于传统的锁频锁相方法,提出了基于耦合波导实现锁频锁相的新方法。内外相对论速调管振荡器（RKO）产生的微波信号通过耦合波导泄漏到高频结构中,对电子束进行预调制,从而实现锁频锁相。另外,为实现内外高功率微波通道合成,设计了双通道功率合成器。在振荡器的工作频点,功率合成器能弥补振荡器两输出通道相位差,使得功率合成效率提高,合成效率为98.3%。在二极管电压575 kV,磁场强度0.6 T条件下,内外RKO的微波输出功率分别为2.2 GW和3.2 GW,频率差波动小于20 MHz,相位差稳定在10°附近;加载双通道功率合成器,仿真结果表明,微波输出功率为5.31 GW,功率效率32.2%。结果表明,嵌套器件在互锁状态时,振荡器饱和时间缩短,输出功率增大。     

36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线功率容量

 对36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线的功率容量进行了研究。讨论了真空状态下的微波击穿和真空与大气交界面的微波击穿,以这两种状态下的击穿阈值为依据,论证了阵列天线实现1 GW高功率微波辐射的可行性。采用有限元软件数值模拟了中心频率为4.0 GHz的阵列天线的功率容量,给出了模拟结果并分析了功率容量降低的原因;提出了提高阵列天线功率容量的技术途径。结果表明：改进的高功率双层径向线螺旋阵列天线可以实现1 GW高功率微波的发射。     

一种T形高功率微波功率合成器

提出了一种新型功率合成器,其工作原理为:通过在两个相互垂直的过模矩形波导中放置两组相互垂直的金属插板,对具有不同极化方向的矩形波导TE10模进行隔离传输,实现高功率微波的双路通道功率合成。基于这一原理初步设计了一个中心频率为9.55 GHz的功率合成器,并进行了数值模拟。模拟结果表明:这种功率合成器可以承受高功率,单通道工作时的功率容量分别大于7.31 GW和6.83 GW,中心频率上两个通道的单模功率传输效率分别达到了98%和99%,反射损耗分别小于-36 dB和-21 dB,通道之间的耦合损耗分别小于-30 dB和-45 dB。     

X波段短脉冲相对论返波管设计与初步实验

 对基于短电子束脉冲超辐射机理的X波段相对论返波管进行了优化设计和粒子模拟,结果表明：在超辐射机理作用下,该器件能实现高峰值功率和高功率转换效率的微波辐射。在小型Tesla脉冲源基础上设计了阻抗变换段、二极管、磁场系统等装置,建立了一套小型窄脉冲电子加速器,以此为实验平台在低磁场条件下进行了器件的初步实验研究。在磁场0.73 T、束压约380 kV、束流约4.5 kA、脉宽3.1 ns条件下,实验获得的微波脉冲峰值功率约360 MW,脉宽1.10 ns,上升沿800 ps,频率9.15 GHz,功率转换效率为21%。     

基于圆柱谐振腔的高功率微波脉冲压缩系统

提出了一种新型的基于圆柱谐振腔的高功率级波脉冲压缩系统,介绍了该系统的结构形式,给出了部分关键器件的数值模拟结果,对系统的功率容量及品质因数进行了初步分析.对于高功率微波(HPM)脉冲压缩系统来说,系统的功率容量与最终获取的HPM功率大小密切相关,谐振腔的固有品质因数与系统效率密不可分,工程实践表明,相对于基于矩形谐振腔的脉冲压缩系统,本文设计的基于圆柱谐振腔的脉冲压缩系统功率容量可提高一个量级,谐振腔的固有品质因数可提高5倍以上. 关键词： 高功率微波 脉冲压缩 谐振腔 功率容量     

基于三角形插片结构的紧凑型波导双工器

为满足高功率微波系统功率容量和紧凑化需求,提出了一种新型波导双工器。选用过模波导进行设计以提高功率容量,引入三角形金属插片结构谐振腔设计滤波器并在其间引入波导弯头以实现紧凑化。采用微波网络方法对滤波器进行理论分析并设计了两个工作在X波段的滤波器,选择终端短路法确定T型结尺寸并组成双工器。利用电磁仿真软件建模优化和仿真模拟,并对实物进行测试。仿真与测试结果表明,该波导双工器单通道工作时的功率容量分别大于0.11 GW和0.12 GW,两个通道的传输效率分别大于83.9%和82.4%,通道间隔离度大于20 dB。此外还可以根据需求增加滤波器阶数和引入更多的波导弯头以提高空间利用率。     

同轴慢波结构相对论高功率微波产生器初步实验研究

 对一种同轴慢波结构相对论高功率微波产生器进行了初步的实验研究。利用数值模拟优化得到的结构,建立了实验装置。初步实验结果表明：该种器件具有微波产生效率高的优点,在实验系统并没有达到优化状态的情况下得到的微波转换效率达28%,峰值功率约为1.3 GW。微波频率基本不随二极管电压变化,约为7.7 GHz,这与文献中数值模拟给出的结果一致。     

低阻无箔渡越辐射振荡器的初步实验

为实现低阻无箔运行,进一步增加现有高功率微波源输出功率和脉宽,给出了一种基于渡越辐射的低阻无箔高功率微波源的初步实验结果。主要对比分析了在铜介质片阴极和天鹅绒阴极以及不锈钢收集极和石墨收集极条件下器件的运行状况,分析了影响器件正常工作的可能原因,得出了在现有条件下天鹅绒阴极和石墨收集极最有利于器件运行的结论。初步的实验结果表明:降低强流相对论电子束的能量密度、选择更加合理的电子束收集方式,是实现该器件正常运行的重要手段。     

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。     

基于过模波导的高功率微波准相干功率合成器

研究了一种用于功率合成的GW级高功率微波功率合成器。该合成器工作在X波段,输入微波由2路工作频率不同的X波段的微波源产生。为了满足输出功率和功率容量的要求,用于功率合成的微波源工作段波导的过模因子为12.7,这给功率合成器的设计带来了一定的困难。着重讨论了如何利用过模波导设计X波段高功率合成器,研究了如何抑制过模波导的高次模式并提高其功率容量和传输效率。设计的功率合成器单路传输效率达到99.0%以上,允许的最大输出功率达到5.6 GW以上,还可以按照需求适当增大高度,以进一步提高其功率容量而不影响传输效率。     

紧凑型矩形波导内功率合成器设计

介绍了一种基于常规速调管功率合成和脉冲压缩的微波源系统,为实现多路高峰值功率速调管的功率合成,设计了一种紧凑型、近平面结构的微波功率合成器。在2.856 GHz频点处,合成器各端口反射损耗和相对端口隔离度均大于45 dB。当两路峰值功率为50 MW的微波功率合成时,合成器内的最大场强约为9.6 MV/m,合成效率大于99%。在四端口功率合成器的基础上,通过两级合成可实现一种八端口微波功率合成器,当四路峰值功率50 MW的微波功率合成时,合成器内最大场强约为13.5 MV/m。     

高功率过模圆波导到两路矩形波导功分器

基于模式匹配法分析了高功率过模圆波导到两路矩形波导功分器在传输过程中高阶模式的传输和反射问题,分析得到了高传输效率对过模圆波导的要求,并以此仿真设计了中心频率为2.88GHz的功分器,设计结果表明:在中心频率下反射系数为0.05,对应的圆波导TM01模到矩形波导TE10模传输效率大于99%,真空中功率容量为2.83GW;在2.82~2.94GHz的频带范围内反射系数小于0.1,对应的传输效率大于98%。     

A terahertz on-chip InP-based power combiner designed using coupled-grounded coplanar waveguide lines

This article presents the design and performance of a terahertz on-chip coupled-grounded coplanar waveguide (GCPW) power combiner using a 50 μm-thick InP process. The proposed topology uses two coupled-GCPW lines at the end of the input port to substitute two quarter-wavelength GCPW lines, which is different from the conventional Wilkinson power combiner and can availably minimize the coverage area. According to the results obtained, for the frequency range of 210-250 GHz, the insertion losses for each two-way combiner and four-way combiner were lower than 1.05 dB and 1.35 dB, respectively, and the in-band return losses were better than 11 dB. Moreover, the proposed on-chip GCPW-based combiners achieved a compromise in low-loss, broadband, and small-size, which can find wide applications in terahertz bands, such as power amplifiers and signal distribution networks.     

X波段高峰值功率速调管功率合成器设计

 基于微波电路理论和EBMA(extended boundary condition model analysis)电磁计算方法,先后设计了一个工作在9 GHz的4合1和8合1功率合成器。功率合成器可将多个侧壁矩形波导中相同输入的TE10模电磁波在中心圆波导中以TE01模式输出,实现功率的合成。利用EBMA方法和CST软件对所设计功率合成器的传输系数进行了计算,在中心频率9 GHz处,计算结果分别为1.00和0.99,从而验证了功率合成器具有良好的功率合成效果。对于8合1功率合成器,还根据模型简化的想法,使得功率合成器加载后,对输出腔间隙阻抗的计算成为可能。     

一种矩形腔式高功率合成器的设计

研究了一种基于矩形腔式功率合成的射频高功率合成器。该合成器可以实现功放模块与合成器的直接耦合,合成效率高,功率容量大,且功率容量可调,可以很好地满足目前CiADS中对固态发射机功率容量的梯度要求。12合1矩形腔式功率合成器仿真结果表明,合成器各输入端到输出端的幅度传输和相位传输具有很好的一致性,最大偏差分别在0.05 dB和0.5°以内,调节功放模块数量可以调节发射机的功率容量。     

用于速调管功率合成输出结构的转向波导设计

 为X波段高峰值功率速调管功率合成输出结构设计了一个工作在9 GHz的转向波导,用于连接功率合成器和速调管输出腔。转向波导结构由中心矩形谐振腔、两个矩形耦合孔和两边的输入输出波导组成;输入和输出波导由速调管输出腔和功率合成器确定,分别工作在TE₁₀和TE₀₁模式,它们相互垂直并偏离矩形谐振腔的中心;中间的矩形谐振腔工作在TM₁₁₀,TE₁₀₁和TE₀₁₁混合模式。这种转向波导结构的3个反射零点构成了较宽的传输通带。将连接转向波导结构的功率合成器加载到速调管输出腔,计算了功率合成器加载后速调管输出腔的间隙阻抗。计算结果表明：功率合成器的加载对输出腔间隙阻抗影响不大。设计的转向波导结构很好地应用到了速调管功率合成输出结构中。     

Circuit analysis of the compound quasi-optical power combiner

In 1991, we developed a new type of quasi-optical power combiner, called a compound quasi-optical power combiner, at Ka-band. In this paper, the circuit of such a compound quasi-optical power combiner is analysed. Its equivalent circuit model is proposed. The circuit equations, the balance condition, the injection locking and the stabilized condition of the compound quasi-optical power combiner are studed by the equivalent circuit model. As an example, a compound quasi-optical power combiner which consists of two single—cavity, two—device power combiners is analysed     

A global optimization design for quasi-optics power combiner of 3mm wave solid-state sources

This paper describes a global optimization design for quasi-optics power combiner of solid-state millimeter-wave sources. The operating frequency is about 100 GHz and the oscillating sources are GaAs Gunn diodes. The source-array plane is a matrix consisting of NxN (N=3,5, ..., 2k+1, where k is positive integer) diodes. The radio frequency power of the combiner is from threefold to sevenfold larger than the sum total of the single diodes power. The global optimums of the array and the location in the cuvity of the suorce-array plane will be given by a global optimizition method.