一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0~360°相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5dB,相频曲线呈线性关系。     

改进型低阻类膜片加载同轴渡越时间振荡器

采用2.5维粒子模拟软件对改进型低阻类膜片加载同轴渡越时间振荡器进行了研究。研究结果表明:提取腔工作于类模场时,具有较高的束波互作用效率;引入渐变型输出波导,提高了提取腔内微波向外耦合输出的能力;通过加载感性支撑杆,一方面对金属膜片起支撑固定作用,另一方面可以及时将膜片上的感应电荷导流至接地外筒、从而降低间隙附近的空间电荷效应,以增加可提取的束动能。经优化设计,该结构在二极管电压为530 kV,二极管电流为12.9 kA、外加导引磁场为0.5 T的条件下,输出微波功率2.74 GW,微波频率7.76 GHz,束波功率转换效率达40%。     

大间隙速调管输出腔支撑杆的3维设计

利用3维高频软件对大间隙速调管输出腔及其同轴提取波导金属支撑杆进行了高频分析,建立了带双排金属支撑杆的大间隙输出腔3维结构模型,采用3维PIC程序对该输出腔的提取效果进行了粒子模拟。研究结果表明:作为输出腔同轴提取波导支撑的第二排支撑杆,和兼作输出腔腔壁的第一排支撑杆,都会影响输出腔的高频谐振特性,因此必须结合大间隙输出腔进行一体化设计;此时同轴提取波导支撑杆设计的基本原则不以追求最高的TEM模式传输效率为目的,而是通过控制双排支撑杆的散射特性,得到合适的外部品质因数和间隙电场强度。在注入电功率约2.9 GW,束流调制深度90%时,设计的带双排支撑杆的3.6 GHz大间隙输出腔结构,可提取约1.06 GW的平均功率,效率约36.5%。     

X波段盘圈加速结构(DAW)优化设计

介绍了X波段DAW加速结构的优化过程.给出了利用SUPERFISH程序进行腔形优化的数学模型以及利用该模型对X波段DAW结构的优化设计结果.给出了利用MAFIA400程序对加支撑杆的DAW结构进行优化设计的结果,讨论了支撑杆对DAW结构微波特性的影响.同时,对DAW加速结构有无支撑杆的色散曲线分别进行了计算,对Washer支撑杆对DAW加速结构色散特性的影响进行了讨论.     

X波段盘圆加速结构（DAW）优化设计

介绍了X波段DAW加速结构的优化过程,给出了利用SUPERFISH程序进行腔形优化的数学模型以及利用该模型对X波DAW结构的优化设计结果,给出了利用MAFLA400程序对加支撑杆的DAW结构进行优化设计的结果,讨论了支撑杆对DAW结构微波特性的影响,同时,对DAW加速结构有无支撑杆的色散曲线分别进行了计算,对Washer支撑杆对DAW加速结构色散特性的影响进行了讨论。     

用时域有限差分法实现金属支撑杆的计算机模拟

在三维Yee网格模型以及蛙跳模型的基础上建立了支撑杆的数学模型，推导了支撑杆在三维直角坐标系下的电流及单位长度上电感的计算公式.讨论了二维、三维空间网格上不同支撑杆取向及不同坐标系下的实现方法，同时也给出了支撑杆在时域有限差分主迭代循环中的子迭代方法.以磁绝缘线振荡器为例，从其粒子运动及输出功率方面验证了模拟的正确性. 关键词： 粒子模拟 Yee网格 时域有限差分 支撑杆     

带螺旋支撑杆的同轴磁绝缘传输线三维数值模拟的实现

依据实际器件尺寸, 建立了带螺旋支撑杆的同轴磁绝缘传输线三维数值模拟模型; 选取合适的二极管阴阳极间距作为传输线负载; 设置相应的模拟参数对其进行模拟. 将模拟结果与实验数据进行对比, 证明了模拟的可靠性; 并结合相应的实验数据, 分析了同轴磁绝缘传输线在加入螺旋支撑结构后 对其传输效率的影响.     

高阻抗磁绝缘线振荡器微波提取结构

指出了磁绝缘线振荡器（MILO）微波提取结构传统设计方法中可能存在的问题。通过高频电磁软件模拟得到当微波提取结构具有不同特征阻抗时TEM模式功率传输效率在MILO工作频点附近的频率响应规律。模拟结果表明,当MILO阻抗较高时,用传统方式设计的微波提取结构不能满足TEM模式传输的要求。为了解决高阻抗情况下TEM模式的传输困难,提出并讨论了阶梯负载的设计方案。进一步模拟结果表明,阶梯负载克服了TEM模式的传输困难,提高了微波提取结构对MILO频率漂移的适应能力。     

磁绝缘传输线中心汇流区数值模拟的实现

介绍了磁绝缘的形成原理以及模拟中采用的基本空间和时间算法.成功地使用了非均匀网格模型,实现了对结构复杂的中心汇流区的三维数值建模;运用金属支撑杆模型,实现了负载的数值建模.探讨了MPI并行算法运用到模拟中的可行性及其应用价值.最后以Z加速器上MITL的中心汇流区为例,验证了模拟的正确性.     

外掩体与物镜间距对日冕仪渐晕的影响

以一款外掩式白光日冕仪[其视场为2.5~15 R⊙(太阳半径),分辨率为14sec/pixel,口径为30mm,焦距为200mm]为基础,对日冕仪外掩体以及外掩体支撑杆带来的渐晕问题进行了分析计算,得到日冕仪渐晕表达式。以此式为基础,计算模拟了不同外掩体和物镜间距下的渐晕图。模拟结果显示,外掩体与物镜的距离越远,外掩体以及支撑杆所带来的渐晕越小。用日冕仪原理演示样机实验,验证了理论分析和模拟结果,并在此基础上对目标图像进行了渐晕补偿,成像效果得到明显改善。