高功率平板波导螺旋阵列天线设计

提出了一种工作在C波段的高功率平板波导螺旋阵列天线。以平板波导馈电,降低了馈电复杂性和馈电结构高度;对基本的电探针结构进行改进,通过控制扇形缝隙的圆心角大小来调整耦合量,并采用上下脊结构消除反射;设计了短螺旋天线结构,通过分离的参数分别优化轴比和反射,得到天线的轴比在−7°～7°的范围内小于0.5 dB;构建了一个20单元的直线馈电阵列,通过电探针结构从平板波导中耦合能量,实现了20单元的等幅馈电。最后仿真了一个工作在4.3 GHz,包含20×20个单元的螺旋阵列天线,结果表明：该天线的增益为31.6 dB,口径效率为74%,在4.11～4.43 GHz的频带范围内反射小于−16 dB,功率容量3.6 GW。     

用束波导与真空椭圆软波导传输的高功率微波发射系统研究

对两种高功率微波传输与发射系统进行了研究、比较,其中,束波导传输偏置抛物面系统适用于过模波导输入。真空椭圆软波导传输抛物面系统适用于单模波导输入的情况,对以上两种发射系统进行了物理光学数值分析（PO/PO）。在S波段,在未优化设计前,前者截获效率86.6%,增益40dB,后者截获效率96.7%,增益42.5dB。     

用束波导与真空椭圆软波导传输的高功率微波发射系统研究

对两种高功率微波传输与发射系统进行了研究、比较，其中，束波导传输偏置抛物面系统适用于过模波导用入．真空椭圆软波导传输抛物面系统适用于单模波导输入的情况，对以上两种发射系统进行了物理光学数值分析（ＰＯ／ＰＯ）．在Ｓ波段，在未优化设计前，前者截获效率８６．６％，增益４０ｄＢ，后者截获效率９６．７％，增益４２．５ｄＢ．     

S波段直线对撞机中具有膜片涂层加速腔的高功率实验

加速管中的高次模(HOM)能导至累积束流崩溃,因此这些模式必须被抑制.在S波段直线对撞机中(SBLC),采用了在束流孔膜片上复盖适当的损耗材料的方式.HOM的Q值被减小了5倍,而基模的Q值几乎保持不变.3种材料被考虑,即:stainlesssteel,kanthal和galvedc为了对具有这种涂层的加速腔进行高功率测试,一个两腔的谐振器结构被设计.本文描述了高功率测试的原理,过程以及初步的结果.     

铁氧体填充不调谐加速腔模型研究

在医用质子同步加速器方案中,采用铁氧体加载的不调谐高频加速腔,为进行原理验证和实验研究,制作了一台不调谐腔模型,模型腔为圆柱形同轴腔,腔内用铁氧体环填充,在同步加速器工作频率范围内,模型腔可基本实现与功率源的阻抗匹配.     

螺旋波纹波导的传输特性

 根据螺旋波纹波导的传输耦合方程,取输入模式为TE₁₁,由螺旋波纹波导模式耦合规则得到输出模式为TE₂₁,由此给出耦合方程的具体形式。用“迭代法”简化耦合方程,并进行数值分析,得到了波导波纹周期对传输特性的影响;利用简化后耦合方程解的解析式计算了螺旋波纹波导工作模式中各场幅值的比例关系。计算结果表明：在工作频段内螺旋波纹波导中场结构是一种混合模,以TE₂₁模为主,其群速基本接近常数,可以和电子注在很宽的频带内产生互作用,为注波互作用的计算提供了依据。     

螺旋波纹波导的传输特性

根据螺旋波纹波导的传输耦合方程,取输入模式为TE11,由螺旋波纹波导模式耦合规则得到输出模式为TE21,由此给出耦合方程的具体形式。用“迭代法”简化耦合方程,并进行数值分析,得到了波导波纹周期对传输特性的影响;利用简化后耦合方程解的解析式计算了螺旋波纹波导工作模式中各场幅值的比例关系。计算结果表明：在工作频段内螺旋波纹波导中场结构是一种混合模,以TE21模为主,其群速基本接近常数,可以和电子注在很宽的频带内产生互作用,为注波互作用的计算提供了依据。     

高功率同轴波导Ubitron放大器的高频特性研究

用三维非线性理论,对高功率同轴波导Ubitron放大器进行了研究。该Ubitron放大器采用环形相对论电子注与同轴波导的TE01模相互作用。通过数值模拟,在Ku波段得到了2.24MW的输出功率,其效率为10.9%,带宽为35% 。数值计算结果表明：电子注的自场导致饱和功率减少,频带变窄,增益下降。使用摇摆器幅值渐变,器件工作效率从10.9%提高到12.3%。     

高功率同轴波导Ubitron放大器的高频特性研究

 用三维非线性理论，对高功率同轴波导Ubitron放大器进行了研究。该Ubitron放大器采用环形相对论电子注与同轴波导的TE₀₁模相互作用。通过数值模拟，在Ku波段得到了2.24MW的输出功率，其效率为10.9%，带宽为35% 。数值计算结果表明：电子注的自场导致饱和功率减少，频带变窄，增益下降。使用摇摆器幅值渐变，器件工作效率从10.9%提高到12.3%。     

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。     

波导型高功率微波输能窗的研究进展

波导型高功率微波输能窗是高功率速调管和高能粒子加速器的关键部件,输出窗高频击穿是引起高功率速调管失效的一个重要因素。综述了国内外电真空领域波导型输能窗的研究进展,介绍了传统盒型窗的研究现状、工艺要求和击穿机理;介绍了锥型窗、行波窗、复合模窗以及过模窗等新型输能窗的设计特点,给出了改变窗片材料属性、改变窗片表面形态、窗片边缘倒角、外置直流电场/直流磁场、改变信号波形等击穿抑制技术的研究进展。

     

束腔相互作用的导纳分析方法

在导纳坐标系中, 基于束流的导纳等效, 对束腔相互作用进行了分析, 得到了相关物理量的表达式. 利用这些公式, 研究了注入过程中重束流负载的瞬态Robinson~不稳定性. 与传统的方法相比, 导纳分析的推导比较简明, 表达式更具有物理直观性.     

S波段直线对撞机中具有膜片涂层加速腔的高功率实验(英文)

加速管中的高次模（HOM）能导至累积束流崩溃，因此这些模式必须被抑制．在S波段直线对撞机中（SBLC），采用了在束流孔膜片上复盖适当的损耗材料的方式．HOM的Q值被减小了5倍，而基模的Q值几乎保持不变．3种材料被考虑，即：stainlesssteel，kanthal和galvedc为了对具有这种涂层的加速腔进行高功率测试，一个两腔的谐振器结构被设计．本文描述了高功率测试的原理，过程以及初步的结果．     

一种基于波导并联结构的高功率铁氧体移相器

提出了一种多路波导并联结构,用于实现高功率移相器。目前的铁氧体移相器,为实现高功率容量,通常采用双铁氧体磁环结构。仿真分析了各尺寸参数对双环移相器传播模式、相移效率及功率容量的影响,并进行优化设计,使移相器功率容量达到百kW量级。基于双环形式,采用一种多路波导并联结构,使其功率容量达到MW量级。经匹配设计后,移相器在9.25~9.8 GHz频率范围内,驻波比小于1.4,饱和差相移在390左右,可实现X波段MW级高功率360电控移相。     

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。     

一种基于波导并联结构的高功率铁氧体移相器

提出了一种多路波导并联结构,用于实现高功率移相器。目前的铁氧体移相器,为实现高功率容量,通常采用双铁氧体磁环结构。仿真分析了各尺寸参数对双环移相器传播模式、相移效率及功率容量的影响,并进行优化设计,使移相器功率容量达到百kW量级。基于双环形式,采用一种多路波导并联结构,使其功率容量达到MW量级。经匹配设计后,移相器在9.25~9.8 GHz频率范围内,驻波比小于1.4,饱和差相移在390左右,可实现X波段MW级高功率360电控移相。     

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。     

分数自成像平面波导的光束组束

研究了激光束在分数自成像平面波导中的传输特性,提出了利用分数自成像平面波导进行光束组束的技术方案,讨论了激光束之间相位失配对光束组束的影响,并对两个输出平均功率为300W的板条激光器的光束组束进行了数值实验模拟.结果表明,分数自成像平面波导的光束组束可以有效地改善多个激光器组束后的光束质量因子M²,从而提高激光输出的亮度;而且这种组束方法对激光束之间相位失配的敏感度明显降低. 关键词： 分数自成像 平面波导 组束 光束质量     

体布拉格光栅用于高功率光谱组束的研究

使用透射型体布拉格光栅组束两束光纤激光,实现了856 W光谱组束输出。总的光谱组束效率为73.7%,组束光束的横向质量因子为7.9,纵向质量因子为2.7。研究结果显示,虽然体光栅的角色散严重影响衍射光束的光束质量,但其并不影响透射光束的光束特性。由于当前宽谱光纤激光器的输出功率远大于窄线宽输出,使用宽谱光纤激光器(光谱带宽超过4nm)作为透射光束,能够在不降低组束效率和组束光束质量的前提下,有效提升使用体布拉格光栅进行光谱组束的总输出功率。     

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束实验

针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题,开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术实验研究,搭建了缩束激光的波像差及光束质量测量装置,开展了缩束组件装调误差对光束质量影响的实验。实验结果表明,随着装调视场角度的增加,1/3倍缩束组件在1.2°视场处M²测量偏差小于5%。搭建了偏振分光装置,研究了衰减组件对光束稳定性的影响。实验结果表明,随机偏振的准单模激光器的稳定性比多模激光更易受到衰减组件退偏的影响。搭建了高反式与楔板式高功率激光光束质量测量装置,对1 kW准单模激光进行光束质量测量。实验结果表明,在高反式测量装置中,待测光束通过高反镜时产生了退偏,从而导致光束质量测量结果偏小,楔板式测量装置的测量结果更能准确反映待测光的光束质量。