S波段大功率注入锁频磁控管的输出特性

在多路注入锁频大功率连续波磁控管的相干功率合成实验中,输出特性分析有利于提升合成效率。搭建了一款S波段20 kW连续波磁控管注入实验系统,该系统包含幅频可调的微波源和移相器,由磁控管信号发生系统、注入锁定系统以及相位差检测系统3个小系统组成。利用外部注入信号,分别对磁控管输出信号的相位稳定度、频谱和相位噪声进行实验分析,实现了对实际磁控管在外部注入前后的特性分析。其中,相位差波动最小不足4°,最大17°,锁频带宽在2.9~13 MHz之间变化,在偏移频率1 MHz内对相位噪声抑制超过40 dB;并对注入锁频信号与输出信号之间的关系进行了总结,为多路大功率磁控管的功率合成提供理论依据。     

C波段4路磁控管相干功率合成微波源实验研究

针对目前C波段磁控管存在的频率输出不稳定、相位输出随机移动、功率容量的物理限制等一系列问题,设计实现了基于注入锁频和反馈调相技术的C波段4路磁控管相干功率合成微波源。该微波源由三部分构成:4路独立注入锁定的磁控管单元,4路间稳频、锁频、比相的反馈控制单元,测量及显示单元。为更好的对C波段4路磁控管相干功率合成微波源进行研究,在搭建的4路磁控管微波源的平台上,对直流高压源的纹波特性、磁控管的阳极电流、功放的注入功率、4路磁控管之间的相位控制等影响微波源输出特性的相关因素进行了实验研究。最终实现微波源工作带宽:5.788GHz±2MHz;频率稳定度:0.07%;相位调节范围:0°~360°;相位调节精度:±3°;相位噪声:-40dBc/Hz@1kHz;功率合成效率:94.74%;总输出功率>2000W。     

S波段15 kW连续波磁控管注入锁频实验研究

注入锁频是磁控管相干功率合成的基础,本文开展了15 kW磁控管的注入锁频实验,研究了注入微波功率与可牵引带宽之间的关系。实现了15 kW磁控管注入锁频,分析了不同注入功率下磁控管可牵引带宽。实验结果表明,磁控管注入锁频牵引带宽随注入功率增大而增加,在165 W注入功率下牵引带宽达到5 MHz。该15 kW磁控管可用于大功率微波相干功率合成,为多支大功率磁控管进行功率合成研究奠定了基础。     

S波段1 kW连续波磁控管拓展注入锁频带宽

注入锁频技术是实现多只磁控管相干功率合成的关键技术。对S波段1 k W连续波磁控管输出信号频谱的改善进行研究,分析了灯丝电流对磁控管输出特性的影响,通过降低灯丝电流使磁控管自由振荡下的输出微波频带宽度由10 MHz降低至300 k Hz。通过提高参考信号的注入功率,有效地拓展了连续波磁控管的注入锁频带宽,最终获得了高达14 MHz的注入锁频带宽。在不同注入功率比的情况下,该连续波磁控管的外观品质因数QE为52~72。     

微波磁控管功率合成中基于LabWindows/CVI实现移相控制

为实现基于注入锁频磁控管的微波功率合成,提出一种使用虚拟仪器软件控制注入锁频磁控管相位的方法.基于LabWindows/CVI 软件开发的功率合成自动化操作与控制模块,实现注入锁频磁控管的微波功率合成系统的数据采集、分析处理、反馈控制等功能.系统最小移相步进为5.6°,移相范围为-180°-180°,系统处理速度达到ms 量级.实验表明,控制系统工作准确可靠,满足微波磁控管功率合成控制的需求.     

30kW连续波磁控管的研制

本文叙述了大功率连续波磁控管的研制成果,该管为2450MHz、大功率、水冷、非包装式、全金属陶瓷结构、固定频率连续波磁控管,该管最大工作效率可达72％,最大连续波输出功率可达30kW,主要用于工业加热和等离子体应用,该管的研制成功为国内微波能应用提供了高效率的微波源。     

已调信号注入磁控管的仿真研究

为克服磁控管本身固有的频谱较宽、相位噪声大等缺点,注入锁频技术被广泛地应用以获得较稳定的频率和相位差,并有效地降低相位噪声。在以往的注入锁频理论中,外部注入信号通常为一个单频信号,其频率接近磁控管自由振荡频率。而本文将一个幅度调制信号注入磁控管来取代单频信号,此时,磁控管既作为一个振荡器,又作为一个放大器。仿真结果证明,当幅度调制信号的载波频率与磁控管自由振荡频率满足Adler条件时,同样能够实现锁频。此时,磁控管输出信号可以看作为一个包络受外部注入调幅信号控制的被放大的已调信号。在此过程中,实现锁频的同时也实现了信息的传输,有望应用于携能通信中。     

基于注入锁频理论的扫频磁控管的理论与仿真

为了给需要大功率扫频微波源的变频微波加热、通信干扰等领域提供一种高效低成本的解决途径,在磁控管注入锁频理论的基础上,提出了一种基于磁控管的扫频大功率微波源。首先通过磁控管的等效电路模型对该设想进行了可行性分析,然后在微波仿真软件CST STUDIO SUITE中对磁控管建模并进行particle-in-cell仿真验证。分析了注入比对磁控管高频电压输出以及频谱的影响。磁控管的最高扫频带宽可达21 MHz。     

基于注入锁相的磁控管微波源系统稳定性研究与测试

基于5.8 GHz磁控管,研制测试了输出功率、频率稳定以及相位可控的大功率微波源系统.磁控管是整个系统的核心器件,由于其具有较高的DC?RF转换效率和功率质量比,选择磁控管作为系统的微波发生器.然而磁控管的输出频率不稳定、相位不可控,因此研究了以注入锁相和DDS+PLL频率合成为关键技术的相位控制系统,以实现对磁控管微波源系统输出信号频率和相位的控制,并测试了微波源系统输出功率、频率的稳定性以及相位控制系统的相位精度.测试显示微波源具有670 W的稳定输出功率,且频率稳定度≤10kHz,相位精度≤±2°.     

C波段高稳定度磁控管微波源实验研究

由于物理机制和工艺结构的固有限制,各种微波源均有其功率极限,而以锁相技术为基础的功率合成技术是获得大功率微波的一条重要途径。主要研究了以磁控管为基本单元的注入式锁相方案,并且采用注入锁相方法对现有的c波段磁控管进行了锁相实验验证,研制出频率、相位、幅度可调的高稳定度磁控管微波源,并结合实验分析了系统的性能指标。     

Measurements of complex impedance in microwave high power systems with a new bluetooth integrated circuit.

By using a new integrated circuit, which is marketed for bluetooth applications, it is possible to simplify the method of measuring the complex impedance, complex reflection coefficient and complex transmission coefficient in an industrial microwave setup. The Analog Devices circuit AD 8302, which measures gain and phase up to 2.7 GHz, operates with variable level input signals and is less sensitive to both amplitude and frequency fluctuations of the industrial magnetrons than are mixers and AM crystal detectors. Therefore, accurate gain and phase measurements can be performed with low stability generators. A mechanical setup with an AD 8302 is described; the calibration procedure and its performance are presented.     

Experimental study on an S-band near-field microwave magnetron power transmission system on hundred-watt level

A multi-magnetron microwave source, a metamaterial transmitting antenna, and a large power rectenna array are presented to build a near-field 2.45 GHz microwave power transmission system. The square 1 m² rectenna array consists of sixteen rectennas with 2048 Schottky diodes for large power microwave rectifying. It receives microwave power and converts them into DC power. The design, structure, and measured performance of a unit rectenna as well as the entail rectenna array are presented in detail. The multi-magnetron microwave power source switches between half and full output power levels, i.e. the half-wave and full-wave modes. The transmission antenna is formed by a double-layer metallic hole array, which is applied to combine the output power of each magnetron. The rectenna array DC output power reaches 67.3 W on a 1.2 Ω DC load at a distance of 5.5 m from the transmission antenna. DC output power is affected by the distance, DC load, and the mode of microwave power source. It shows that conventional low power Schottky diodes can be applied to a microwave power transmission system with simple magnetrons to realise large power microwave rectifying.     

基于磁控管阳极电流检测的负载状态获取技术

完整的微波系统通常配有定向耦合器以及微波功率计来检测反射功率,并以环行器来隔离反射回来的微波,以保护磁控管不被异常工况所损坏,以及实现更有效的加热控制。小功率磁控管因成本问题通常不会配备昂贵的微波反射检测系统以及环行器,在环行器失效以及未使用环行器的小功率微波系统中,磁控管的极易烧毁。为了解决上述问题,通过研究磁控管的起振模式,在变频电源上检测起振时阳极电流的脉宽特性,实现了对负载状态的获取,可以有效地保护磁控管不会在异常工况下损坏,并实现可靠的微波加热。     

On Spurious Outputs from High-Power Pulsed Microwave Tubes and Their Control

Excessive spurious outputs from high-power pulsed magnetrons, klystrons and traveling-wave tubes can cause intolerable interference and deleterious effects in a high-power microwave system. The harmonic output from a klystron may vary appreciably with changes in operating conditions. Harmonic outputs from tubes cannot be eliminated but their radiation can be significantly reduced by using filters. If the parasitic or spurious oscillations are very strong, adverse effects such as amplitude and phase instability of the fundamental frequency output may occur. Some of the spurious outputs may be reduced or eliminated by redesign of the tube or its modulator.     

基于变换光学的微波加热用超表面数值研究

由于单个微波源的功率值有限,工业上往往采用多源微波加热以满足大功率需求。然而,额外 的微波馈口将增加端口间耦合,可能引起微波源损坏。因此,提出一种基于变换光学的新型超表面,使微波在 进入加热腔体的方向上正常传播而在相反方向被阻挡,从而减少功率反射和耦合。在二维数值模型中,采用 反向传播神经网络优化了超表面的介电性能,使得单源和双源微波加热的能量效率分别提高了42. 2%和53. 3%,且 均具有较好的加热均匀性。数值计算结果表明,超表面可工作在2. 45 GHz 频率,具有60 MHz 的带宽,工业应用前 景良好。     

高功率脉冲微波系统的研制

介绍了高功率脉冲微波系统的工作机理及应用,提出了采用刚管高压脉冲调制器作为激励源技术,利用脉冲磁控管输出高功率脉冲微波以及谐振腔体处理物料的设计思路。详细阐述了高压脉冲调制器、微波头、谐振腔体三个部分的设计方案,通过合理的结构设计完成了整机的研制,为探索脉冲微波的非热效应机理研究及应用提供了有利依据。     

Production of 1.3-mm waves with waveguide magnetrons

The authors succeeded in producing continuous extremely short millimeter waves with waveguide magnetrons [1] of a special type, which will be called "modified waveguide magnetrons" [2] in order to distinguish them from conventional waveguide magnetrons. These magnetrons are very simple in construction and have stability of performance similar to conventional designs. Moreover, the wavelengths of the oscillations obtained with the present magnetrons are half those obtained with the conventional ones, at a given value of the magnetic flux density. Consequently, the present waveguide magnetrons can produce continuous output power of 20 mW at a wavelength of 1.54 mm, and a few milliwatts at a wavelength of 1.34 mm at the magnetic flux density of 45 kG produced with a conventional electromagnet. They can be successfully operated without cooling the tubes with water.