X波段低磁场相对论返波管振荡器实验研究

基于现有永磁磁体的参数,并结合高功率微波器件的优点,设计了一个X 波段低磁场相对论返波管振荡器,当引导磁场强度为0. 48T、二极管束压和束流分别为530 kV 和7. 0 kA 时,通过粒子模拟软件得到频率9. 42 GHz、功率1. 11GW 的模拟微波输出,器件束波转换效率30%。在强流电子束加速器平台上进行实验研究,当二极管电压500kV、电流6. 2kA、引导磁场强度0. 46T 时,得到频率为9. 40GHz、功率为900MW、脉宽为32ns 的微波输出。该实验结果为低磁场器件实现高功率、高效率微波输出及永磁包装打下了良好的基础。     

C波段GaN固态功放及其功率合成器研制北大核心CSCD

介绍了一种C波段高功率高效率GaN固态功率放大器及其径向同轴功率合成器研究成果,基于该功率合成器设计出一种C波段输出功率110 W(CW)、效率40%的高效率GaN功率放大器。实验测试结果:表明采用四路C波段30 W GaN功放径向同轴功率合成方法,其功率合成效率达93%,解决了实际工程应用中C波段高功率微波功率放大器的高效率问题,为下一步研制更高性能高效率高功率固态功率放大器探索出一种可行的技术方法。     

波段双电子注相对论返波振荡器的粒子模拟

首次提出了由双电子注同轴相对论返波管来产生双频微波输出,采用2.5 维相对论全电磁PIC 粒子模拟软件,进行粒子模拟研究。结果表明在环形相对论电子注电压625kV,电流24kA,引导磁场0.772T 的条件下,器件得到了稳定的高功率双频微波输出。其双频微波频率分别为11.5GHz 和12.2GHz,两频率相差700MHz,平均功率约为1.15GW,平均功率效率7.7%。     

低磁场S波段相对论返波振荡器模拟与实验

为实现高功率微波(HPM)系统的小型化,设计一个S波段较低磁场相对论返波管(RBWO)振荡器。针对低磁场特点,分析慢波结构、引导磁场、束压、束流等对输出微波的影响,通过模拟软件(PIC)优化结构。以此设计引导磁场为0.24 T,电子束束压为725 kV,束流为6 kA,频率为3.53 GHz,输出微波功率为1.22 GW,束波转换效率为27%的低磁场S波段相对论返波管。仿真实验结果表明：在强流电子束加速器平台上外加磁场为0.24 T时,得到平均功率1 GW、频率3.58 GHz、脉宽90 ns的微波输出,与理论值一致。进行了重频为1 Hz,20 s的稳定性实验,该实验结果为实现相对论返波管的永磁包装奠定了良好的基础。     

X波段同轴多注相对论速调管放大器模拟研究

 设计了工作在X波段的同轴多注相对论速调管放大器,建立了带输入、输出波导结构的三维整管模型,采用三维电磁粒子模拟软件对其高频特性进行了优化设计,对电子束经过输入腔后的束流调制、注入微波吸收情况、中间腔对束流的调制以及输出腔的微波提取情况进行了模拟研究.在输入微波功率为70kW,电子束束压为600kV,束流为5kA,轴向引导磁感应强度为0.6T的条件下,输出微波功率达到了1.3GW,效率为43%,增益为42dB,在较低的输入微波功率和较小的轴向引导磁感应强度的情况下,模拟实现了X波段RKAGW级的微波功率输出.     

0.3T Ku波段返波管的低磁场特性研究

为了实现相对论返波管振荡器（RBWO）永磁包装,本文采用Magic模拟软件在0.5T低磁场相对论返波管（RBWO）器件结构基础上,通过在器件慢波结构末端添加一个部分反射腔,减小电子束质量对束波转换影响,即减小引导磁场的影响,实现了Ku波段相对论返波管振荡器0.3T磁场下运行.当电子束束压600kV、电子束束流7kA时,模拟得到器件输出微波功率740MW,效率18%.尽管该器件的效率低于0.5T磁场下的效率（25%）,然而0.3T引导磁场在工程上更容易实现.结合小型化的脉冲功率源进行实验研究,当二极管束压580kV、束流6.5kA,实验获得功率600MW,频率13.10GHz,脉宽25ns的微波输出,该器件的研制可以促进高功率微波（HPM）系统小型化的发展.     

微尺度高功率核磁射频功率合成器研究

核磁共振工作频率在百兆赫兹频率左右,利用常规四分之一波长实现无源合成器尺寸较大,承受功率较低,分析了高功率下无源合成器的微尺度技术,利用无源微尺度技术设计了小型化高功率合成器,在大功率工作状态下,该器件输入输出回波损耗在-30dB,插入损耗小于0.3dB。在核磁共振3.0T频段下,实现功率等级为12KW峰值功率,平均功率为1.2KW,尺寸比四分之一波长缩小10倍,可以满足核磁共振系统3.0T射频大功率放大器无源合成需求。     

16路合一高功率合成器的设计

讨论了一种用于雷达功率源的多路高功率合成器的设计及其参数的仿真问题。这种功率分配器和合成器的结构简单,合成效率较高,是固态功率合成的理想途径。     

X 波段注入锁定相对论返波管设计

为实现X 波段的相干功率合成,提出了一种高功率的注入锁定相对论返波管模型。器件在结构上分为输入腔和 输出慢波结构：输入腔用于减少注入微波的泄漏,同时腔内的驻波电场可以有效调制电子束;输出慢波段实现调制电子 束的换能输出。模拟表明该结构在注入功率6 kW 的条件下,可以实现2.5 GW输出微波的相位控制。     

双音频率合成器的设计与实现

研究了一种输出双音信号、低相位噪声、低杂散的频率合成方法.该方法首先利用锁相环路分别产生两路信号,并通过优化设计环路滤波器改善输出信号相位噪声,进而利用设计的Wilkinson功率合成器将两路信号进行功率合成,并通过衰减和放大来控制双音信号功率.基于本方法研制实现的输出双音频率为2 015和2 020 MHz的频率合成器,输出功率范围-12～18 dBm,且连续可调,输出信号相位噪声优于-93 dBc/Hz@1 kHz,在输出功率4 dBm以下时,双音互调成分低于-50 dBc,可用于各种测试系统频率源,尤其便于对非线性系统的测试.     

Ku波段低磁场返波管振荡器的模拟与实验

为了实现高功率微波(HPM)系统小型化,结合传统低磁场相对论返波管振荡器(RBWO)的设计理论,设计一个Ku波段较低磁场的相对论返波振荡器。分析束压、束流、引导磁场等对输出微波的影响,并采用粒子模拟软件(PIC)优化结构。当轴向引导磁场为0.4 T,电子束束压和束流分别为600 k V和7 k A时,得到频率为13.08 GHz,功率为1.0 GW的微波输出。在强流电子束加速器平台上开展实验验证模拟结果:外加磁场0.4 T时,得到平均功率为850 MW、频率13.05 GHz、脉宽24 ns的微波输出。该实验结果为实现较低磁场GW级微波输出打下了良好的基础。     

渡越时间振荡器的注入式锁相研究

针对空间功率合成中多个微波源的锁相问题,设计了一种带有注入结构的Ku 波段同轴渡越时间振荡器。在输入 腔与三腔结构的调制腔之间,加入了效率99.9%以上的反射腔以防止功率向输入腔和发射端泄露。射频信号沿磁场方向注 入同轴波导,既保证了磁场线圈的连续,又抑制了器件中的不对称模式。粒子模拟结果表明,当注入比为0.1、频率差为 67MHz 时可实现锁相。研究还发现,高功率的注入信号能使器件提前饱和,并且得到更高的输出功率。另外,相比Adler 经典锁相理论,仿真结果得到了更大的锁相范围。     

一种3路径向高功率合成器的设计

介绍了一种3路径向高功率合成器的设计,该3路功率合成器采用50Ω负载作为两路之间的隔离电阻,且通过50Ω阻抗线与电路主体连接,负载尺寸以及安装位置不影响合成器的电性能,实现了高功率隔离的目的。文中对该功分器各传输线的阻抗进行了分析计算,并给出了HFSS软件的仿真结果和实测结果。仿真和实测结果显示:该合成器在16%带宽内隔离度小于-25 dB,满足一般功率合成器的使用要求。该3路径向高功率合成器具有幅相一致性高,耐功率高的特点,可用于固态发射机的功率合成以及雷达天线阵面大功率输出和定标系统中。     

一种V波段高效率5W GaN功率放大器MMIC

基于0.13μm SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,设计了一款V波段GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。该功率放大器MMIC采用三级放大拓扑结构以满足增益需求;使用高低阻抗微带传输线进行阻抗匹配,通过威尔金森功分器/合成器完成功率放大器的末端功率合成;通过对晶体管宽长比的设计与多胞晶体管的合成,实现了功率放大器的高功率稳定工作和高效率输出。经过测试,在59～61 GHz频率范围内,在占空比为20%、脉宽为100μs时,该功率放大器MMIC的饱和输出功率达到37 dBm以上,功率附加效率(PAE)大于21.1%,功率增益大于17 dB;连续波测试条件下输出功率大于36.8 dBm, PAE大于21%。该设计在输出功率和PAE上具有一定的优势。     

新型高功率微波模式转换天线研究

给出了一种新型高功率微波模式转换天线,该天线将同轴插板式模式转换器和一种新型喇叭有机结合,可直接辐射高功率微波源输出的同轴TEM模或TM01模,具有结构尺寸小、口径效率高、轴向辐射、容易实现等优点.优化设计了一个中心频率为3.8GHz的天线,长度约300mm、口径为280mm,在中心频率上增益为19dBi、反射损耗为-20dB,在3.7～ 4.1GHz的频率范围内增益大于18.7dBi、反射损耗小于-15dB.     

X 波段无导引磁场Cerenkov 型振荡器的仿真研究

利用2.5 维粒子模拟软件Karat 对一种无导引磁场X 波段Cerenkov 型高功率微波振荡器开展了仿真研究,利用 冷腔色散曲线模型与Superfish 电磁场分布模拟软件选择了工作点,设计了基本模型。在基本模型的基础上进行仿真优化, 通过采用内外约束阴极环提高电子束质量,采用锥变型收集极优化器件Q 值、增加模转效率、纯化输出微波模式,优化 非均匀锥形慢波结构增强束波作用,最终使器件效率从17%优化到30%,输出功率达到1.8GW,输出微波模式为TEM 模,频率9.1GHz,对应二极管工作电压620kV、电流9.4kA.     

一种降低频率合成器相位噪声的高增益电荷泵

设计了一款低噪声高增益电荷泵,主要用于低相位噪声的频率合成器.在传统的电流转向型电荷泵结构中增加了非镜像结构的低噪声电流源单元,使电荷泵的输出电流呈比例增加,降低电荷泵对频率合成器输出相位噪声的贡献,以进一步降低频率合成器的相位噪声.采用0.18 μm SiGe BiCMOS工艺进行了设计仿真和流片验证.测试结果表明:频率合成器工作在频率为10 GHz时,电荷泵中高增益低噪声电流源关闭和开启情况下,锁相环相位噪声分别为-106.1 dBc/Hz@10 kHz和-108.68 dBc/Hz@10 kHz.实现了通过开启电荷泵中高增益低噪声电流源使锁相环输出相位噪声下降约3 dB的目标.     

一种先进高压纳秒脉冲功率合成器设计

提出了一种基于先进高压纳秒脉冲线路功率合成器设计全固态高重频高压纳秒脉冲源新方法,并用实验证实了该方法的有效性和可行性,实现了全固态、高重频、高压、纳秒脉冲源的高功率输出,满足了实际应用需求。解决了全固态高重频纳秒脉冲线路功率合成、多个高压纳秒脉冲源的高精度同步(小于50ps)、高稳定全固态高压纳秒脉冲源单源模块设计、系统设计的电磁兼容等关键技术问题。该高压纳秒脉冲线路功率合成器新方法将为高功率先进高性能小型全固态高重频高压纳秒脉冲源设计提供技术参考。     

基于DDS技术的正弦交流信号源的设计

以设计和实现可以进行功率输出的正弦波信号源为目的,提出了一种基于DDS技术,以单片机为控制核心、AD9850芯片为频率合成器的正弦交流电流信号源的设计方法。该正弦交流电流信号源可以产生频率稳定且频率范围为1～100Hz,电流幅值可调的正弦电流信号,具有一定的带负载和功率输出能力。该产品创造性地运用单片机向D/A写入电压控制字的方式间接控制和改变AD公司生产的AD603芯片对正弦波信号电压幅值的增益,实现对于同一负载输出交变电流的有效值可调节的功能,为同类信号源产品的功能改进开辟了新的思路。     

高效率双波段同轴相对论返波管粒子模拟研究

提出了一种能在C 波段和X 波段实现稳定双频输出的带有谐振反射腔的单电子束同轴相对论返波振荡器,并使 用2.5 维全电磁粒子PIC 模拟软件进行了粒子模拟研究。模拟结果显示：在电子束电压510kV,电流9.03kA,引导磁场 0.73 T 的条件下,双频器件实现了8.1GHz 和9.9GHz 的双波段频率稳定输出,平均功率为0.95GW,波束互作用效率为 20.6%, 效率高于空心双波段返波管以及瓷绝缘线双频振荡器。