三谐振高压脉冲变压器理论分析与模拟

 介绍了一种基于空芯变压器的三谐振高压脉冲变压器。通过对三谐振脉冲变压器无损等效电路的理论分析,给出了在回路本征频率为1∶2∶3时,电路各参数的关系及输出电压解析表达式,由此可知在此条件下变压器次级高压绕组上的最大电压与负载电容上最大电压比为0.36∶1。根据理论结果,设计了一组参数进行了电路模拟,证明了理论分析结果的正确性,可用于三谐振脉冲变压器的设计。并模拟了变压器耦合系数、调谐电感、调谐电容、初级电容及负载电容等参数变化对装置输出电压及能量传输效率的影响。由模拟结果可知,调谐电感和调谐电容在-10%～10%范围,初级电容在0～10%范围以及负载电容在-10%～0范围内变化对装置的性能影响不大,该变压器较容易实现工程化。     

S波段3 GW 相对论速调管放大器的设计

利用速调管放大器中间腔可以提高器件放大增益,并达到降低微波注入功率的要求,同时针对高功率微波相对论速调管放大器的特点,建立了一个带有两个中间腔的S波段相对论速调管放大器,采用特殊结构克服了多个中间腔引入的高次模影响,模拟上实现了在kW量级微波注入条件下,基波电流调制深度达到80%,输出微波3.3 GW。     

HEM₁₁ mode magnetically insulated transmission line oscillator:Simulation and experiment

A novel magnetically insulated transmission line oscillator(MILO) in which a modified HEM 11 mode is taken as its main interaction mode(HEM 11 mode MILO) is simulated and experimented in this paper.The excitation of the oscillation mode is made possible by carefully adjusting the arrangement of each resonant cavity in a two-dimensional slow wave structure.The special feature of such a device is that in the slow-wave-structure region,the interaction mode is HEM 11 mode which is a TM-like one that could interact with electron beams effectively;and in the coaxial output region,the microwave mode is TE 11 mode which has a favourable field density pattern to be directly radiated.Employing an electron beam of about 441 kV and 39.7 kA,the HEM 11 mode MILO generates a high power microwave output of about 1.47 GW at 1.45 GHz in particle-in-cell simulation.The power conversion efficiency is about 8.4 % and the generated microwave is in a TE 11-like circular polarization mode.In a preliminary experiment investigation,high power microwave is detected from the device with a frequency of 1.46 GHz,an output energy of 43 J-47 J,and a pulse duration of 44 ns-49 ns when the input voltage is 430 kV-450 kV,and the diode current is 37 kA-39 kA.     

远红外自由电子激光太赫兹光源研究

基于射频电子直线加速器的可调谐相干太赫兹(THZ)光源实现了出光，该光源为远红外自由电子激光，具有辐射波长可设计并可以实现大范围调谐特性．利用光栅谱仪测量了受激辐射谱，中心波长为115μm，谱宽约为1％．     

螺旋型薄膜介质平板Blumlein线实验

 为实现脉冲功率源小型化,设计了一种螺旋形薄膜介质Blumlein线,应用火花隙开关对其进行了放电实验研究,并对负载电压波形进行了分析。结果表明,开关电感会减缓脉冲前沿,电极直流阻抗使得负载输出电压效率显著降低,波形平顶趋于减小,分布电容耦合造成负载电压的预脉冲,而均压层不会影响传输特性,不会对负载电压波形造成影响。     

C波段2 MeV驻波加速管物理设计

 为了发展结构紧凑、小束斑加速器,进行了C波段驻波电子直线加速器加速管的物理设计和研究。利用多级聚束和大孔径注入方法,抑制空间电荷效应。加速管由3个聚束腔和4个加速腔组成,长约163 mm,馈入微波功率源1 MW。在最终的数值模拟中,得到脉冲电流约150 mA,俘获效率优于30％,在加速管出口外约14 mm处,对电子的横向分布进行非线性Gauss拟合,得到束斑直径（FWHM）约为0.55 mm。     

基于量热法的大功率毫米波功率测量及校准系统设计

在百千瓦或兆瓦级大功率毫米波系统中一般采用量热法对输出的毫米波功率进行测量。针对百千瓦级长脉冲大功率毫米波系统功率测量的需要,开展了基于量热法的功率测量系统设计,利用吸收负载将入射的毫米波能量转换为热量,通过监测出入水口的温度和流量实现了大功率毫米波功率测量,并开展了重复性测试。为了实现量值溯源,提高测量系统的准确性,开展了能量标准装置的设计,并推导了能量测量误差。     

C波段2 MeV驻波加速管物理设计

为了发展结构紧凑、小束斑加速器,进行了C波段驻波电子直线加速器加速管的物理设计和研究。利用多级聚束和大孔径注入方法,抑制空间电荷效应。加速管由3个聚束腔和4个加速腔组成,长约163 mm,馈入微波功率源1 MW。在最终的数值模拟中,得到脉冲电流约150 mA,俘获效率优于30％,在加速管出口外约14 mm处,对电子的横向分布进行非线性Gauss拟合,得到束斑直径（FWHM）约为0.55 mm。     

薄膜介质层绕式Blumlein线理论与实验研究

对薄膜介质层绕式Blumlein线的特性参数进行了理论分析。采用Pspice软件对电路模型进行了计算,分析了开关电感、寄生电阻对负载输出波形的影响。结果表明:开关电感的存在使得负载波形前沿变缓,后延波形扭曲变差,寄生电阻会影响负载的电压输出效率。采用模拟软件对传输线中的电磁场分布进行了计算,结果表明薄电极边缘场畸变以及折叠弯曲部分的场变化是绝缘介质耐压必须考虑的因素。基于此理论分析,设计制作了一种新型薄膜介质Blumlein线,绝缘材料为聚酯薄膜,单层薄膜厚100 μm,电极为厚50 μm的铜皮,单元模块设计耐压50 kV。进行了三级模块串联叠加实验,充电25 kV,匹配负载输出60 kV,脉冲上升沿80 ns,脉冲宽度200 ns。     

针板型触发电晕稳定开关的特性

为了验证在空气状态下电晕稳定开关的重复频率特性,对自行研制的盘式触发三电极电晕稳定开关的工作特性进行了实验研究,并分析了实验结果。结果表明,在空气状态下,开关具有良好的触发特性,开关抖动和导通时延最小可以分别控制在4, 36 ns;同时,还可以通过减小触发间隙,进一步减小开关的导通时延和增加开关的稳定性。