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。     

高功率微波弯曲圆波导设计

报道了可分别传输TM01模和TE01模的两种弯曲圆波导的设计方法和计算结果。研究表明：所设计的TM01模弯曲波导和TE01模弯曲波导在中心频率上传输效率均超过99.5%,传输效率大于95%的带宽分别达到20.0%和14.4%;该两个弯曲波导也分别适用于传输TE11模和TM11模;水平极化TE11模与TM01模、垂直极化TM11模与TE01模在弯曲圆波导中传输时具有相似的传输效率和频带特性;而垂直极化TE11模、水平极化TM11模由于不易和其它模式耦合,在弯曲波导中传输时具有较高的传输效率。     

基于TM0mn模式微波介质材料复介电常数的测量

提出了一种基于闭式谐振腔TM0mn模式测量微波介质材料复介电常数的方法。利用模式匹配技术、Ritz-Galerkin方法以及传输模品质因数测量法导出了介质材料相对介电常数和损耗角正切的测量公式。最后,利用矢量网络分析仪对常用天线罩材料进行了扫频测量,结果表明：高分子量聚乙烯在3~6 GHz范围内的相对介电常数为2.30±0.05,损耗角正切为(1.8~2.0)×10-4。     

TM01-TE11弯形圆波导模式转换器的优化设计

通过数值模拟与理论计算,对TM01-TE11弯形圆波导模式转换器进行了分析,得出了TE11模式的功率转换效率的解析公式。在保持其出射端口与入射端口轴线平行的情况下,通过减小波导内半径,从而减小波导轴线长度,实现了其结构的小型化设计。当转换器的两段轴线曲率半径相等时,理论计算结果与模拟结果相吻合,且功率转换效率高。优化结果为：波导内径为7.0 cm,模式转换器出射端口与入射端口的轴线间距为8.03 cm,轴向长度为15.11 cm;频率在3.41~3.74 GHz内,功率转换效率超过90%,其中频率为3.60 GHz时,转化效率为95.6%。     

TM01模虚阴极振荡器实验研究

在SPARK-04强流相对论电子束加速器上,对轴向反馈式虚阴极振荡器进行了实验研究,并采用远场测量方法对其激励的高功率微波辐射进行了测量,测得了微波辐射主模及辐射功率。结果表明：微波辐射主模为TM01模,辐射功率大于500 MW,微波转换效率大于3%,辐射频率约3.6 GHz,微波脉宽大于20 ns。同时,采用单反射面Vlasov天线,实现了该器件所激励高功率微波的定向传输。     

C波段磁绝缘线振荡器的理论设计与实验

通过理论分析与计算,设计加工了一个C波段磁绝缘线振荡器（MILO）,并进行了实验研究。在二极管电压为437～464 kV、二极管电流为36～39 kA的条件下,从实验上获得了功率为1.60～1.68 GW、频率为3.60～3.66 GHz、脉宽为33～38 ns的TEM模高功率微波辐射,功率转换效率大于9%。     

组合型TM01-TE11弯形圆波导模式转换器研究

研究了组合型TM01-TE11弯形圆波导模式转换器（两弯曲段中间加一段直圆波导）,在保持其输出与输入端口轴线平行的前提下,分别从理论推导、数值计算、软件模拟三个方面对此结构进行了分析,模拟结果与数值计算结果吻合得很好。结果表明：计及功率损耗,频率为3.75 GHz,铜波导内径为9.0 cm,轴向间距为10.57 m时,模式转换器总的功率转换效率为93.8%。     

同轴插板式TEM－TE11模式转换器的设计与实验研究

介绍了同轴插板式TEM－TE11模式转换器的设计:在同轴波导内沿径向插入四块金属板,将同轴TEM模转变为扇形截面波导TE11模,通过控制插板的长度使不同扇形截面波导输出TE11模的相位不同,最后在圆波导内形成TE11模;通过在插板的前端设置角向均匀分布的金属杆,实现了模式转换器的良好匹配。实验测得模式转换器的辐射方向图轴向最大,与数值计算结果吻合良好,表明实验中模式转换器的输出模式与数值计算结果一致,从而验证了同轴插板式模式转换器的可行性。     

高功率微波弯曲矩形波导设计

利用模式耦合理论,在理论推导出弯曲矩形波导TE01模和高阶模之间耦合系数显式表达的基础上,对弯曲矩形波导进行了实例研究。HFSS软件数值仿真结果表明：设计的矩形波导TE01-TE02模式转换器在9.5 GHz转换效率达到99.9%,转换效率大于90%的工作带宽为8.60～10.48 GHz;设计的弯曲矩形波导传输线,可有效传输TE01模,不激励起高阶模式。HFSS数值仿真结果验证了所设计的传输线工作带宽和功率容量均能够满足使用要求。     

低过模高功率微波方圆模式转换器设计

设计了一种结构简单的高功率微波方圆模式转换器,可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。转换器工作在C波段,中心频率4.1 GHz,其输入端口和输出端口相互垂直。计算和仿真结果表明:中心频率处该模式转换器的转换效率可达99%,回波损耗小于-20 dB,转换效率大于90%的带宽大于0.2 GHz。转换器整体3维尺寸都只有10 cm左右。