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%。     

带反射腔的双频相对论返波振荡器的粒子模拟研究

设计了一种带新型非对称反射腔的同轴相对论返波振荡器,实现了X波段的双频稳定输出。利用CHIPIC 2.5维粒子模拟软件进行粒子模拟研究。仿真结果表明,在强流电子束电压为480kV,电流为7.5kA,引导磁场为2.7T的条件下,得到稳定的双频输出,频率分别为8.7GHz,9.4GHz,平均功率800MW,效率22.2%。     

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。     

X波段双频高功率返波振荡器的数值研究

提出了采用两段式同轴波纹慢波结构实现双频高功率微波输出的相对论返波振荡器,推导了该结构的TMOn模式色散方程,数值求解了两段式同轴波纹慢波结构TMOn模色散曲线,分析了该器件X波段双频高功率微波输出的产生机理,分析中考虑了电子注在慢波结构第二段工作效率不变和下降时的双频工作点情况,并运用2.5维全电磁粒子模拟程序验证了双频微波信号的可靠性.     

MEMS铜基微同轴传输线性能仿真及测试

研究了一种新型的MEMS超宽带铜基微同轴传输系统。设计了特性阻抗为50Ω铜基微同轴传输线结构,其仿真电压驻波比(VSWR)在DC～110 GHz内低于1.15。且设计了可用于探针台测试和芯片金丝键合的地-信号-地(GSG)转接结构,仿真插入损耗低于0.1 dB。采用该微同轴结构和GSG转接结构设计了用于探针台测试的直通-反射-传输线(TRL)校准套件,利用薄膜工艺加工得到了铜基微同轴传输线及校准件实物,通过实验测试得到该微同轴传输线DC～40 GHz最大插入损耗为0.35 dB/cm,通过仿真拟合推算其110 GHz下的插入损耗约为0.65 dB/cm,该插入损耗性能显著优于平面印刷传输线,同时,该微同轴传输线的体积远小于波导传输结构,可以用于研制小型化、高性能、高集成密度微波/毫米波系统。     

C-X波段同轴磁控管互作用腔快速工程计算方法研究

本文旨在探索一种可快速实现C-X波段同轴磁控管技术指标的设计方法,即通过《磁控管设计手册》工程计算和计算机PIC粒子仿真设计两种方法复算某C波段250 kW同轴磁控管,对比分析两种计算方法的结构参数,总结基于手册工程计算得到的结构参数的优化调整方向,结合本征模求解精确计算外腔TE 011模频点等措施,以达到提高同轴磁控管设计效率的目的。基于本文研究的同轴磁控管设计方法,开展了X波段500 kW同轴磁控管的初始结构设计工作,通过有序的结构参数调整,在较短的时间周期内实现了输出功率、工作频点均满足设计要求的π模稳定工作的计算仿真方案,初步验证了本文研究的同轴磁控管互作用腔设计方法的可行性。     

强流相对论电子束在PPM系统中的传输特性研究

首先对强流相对论电子束在聚焦系统中的传输特性进行了理论分析,给出了束流参数与周期引导磁场峰值大小的关系,然后通过粒子仿真验证了理论分析的正确性,并得到了在一定的电压和通道半径条件下,周期永磁聚焦(PPM)系统能传输的电子束的最大电流。文章为强流相对论电子束周期永磁聚焦系统的设计提供了一定的参考。     

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。     

脊加载同轴径向线慢波结构设计

提出脊加载同轴径向线慢波结构,并用高频结构仿真器(HFSS)电磁仿真软件对其色散特性和耦合阻抗进行研究,分析了不同结构参数变化对其高频特性的影响。结果表明:脊加载同轴径向线慢波结构的色散曲线平坦,减小内径和周期长度可以明显降低慢波结构的相速,从而减小工作电压;加载脊的宽度对耦合阻抗的影响明显,随着加载脊宽度的增加,耦合阻抗得到提高,相速减小;加载脊的长度对结构的色散特性和耦合阻抗影响不明显;这种脊加载方式有利于增加慢波结构的耦合阻抗,提高行波管的增益和效率。脊加载同轴径向线慢波结构是一种全金属结构,工作频带宽,散热性能好,在毫米波波段的行波管中有较好的应用前景。     

一种新型双频段共用馈源设计

提出了一种新的同轴式S/X双频共用馈源的设计方法,用于解决卫星通信与测控天线对于双频共用、双频单脉冲跟踪馈源的需求问题。运用模式匹配法分析了同轴馈源的电磁场特性,给出了利用同轴馈源的TEM模用于单脉冲跟踪的新思路,仿真设计了同轴喇叭和主要波导器件并加工实物进行测试。实测结果表明,在S和X 2个频段,馈源驻波比均小于1.35,轴比低于1.2 d B,边缘照射电平约为-15 d B,差方向图零深低于-30 d B,满足工程应用要求。     

Backward Wave Oscillators With Coaxial Structures: Dispersion Relation and PIC Simulation

The dispersion relation of a corrugated—wall resonator with an inner coaxial structure has been analyzed as well as the effects of the corrugation period, amplitude and the radius of the coaxial structure on it. Furthermore, we got an output power of 2.1GW at frequency 11.09GHz in a non-uniform slow wave structure by using the PIC simulation software—MAGIC.     

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。     

低引导磁场相对论返波管振荡器设计

从线性化的Vlasov方程出发,研究了相对论返波管中产生的微波功率与磁场的关系,给出了低引导磁场相对论返波管振荡器的设计准则;设计了一个高效率的高功率返波管振荡器,通过采用过模的分段、非均匀慢波结构,实现器件的高效率、高功率运行,同时通过在慢波结构末端添加部分反射腔来降低引导磁场强度.当引导磁场强度为0.6T、电子能量和束流分别为800 keV和7.6kA时,采用2.5维Particle in Cell(PIC)程序模拟得到频率为9.6 GHz、功率为1.85 GW的微波输出.     

Concurrent 60/94 GHz SIR Based Planar Antenna for 5G/MM-Wave Imaging Applications

The present research work aims towards the design of a stepped impedance resonator (SIR) based dual band antenna having resonant frequencies at millimeter wave: V band (center frequency: 60 GHz) and W band (center frequency: 94 GHz). The structure comprises of stepped impedance resonator (SIR) patch, two stepped section impedance matching network and a microstrip feedline. The fractional bandwidth of the proposed dual band antenna is 2.9 GHz (4.8%) and 6.25 GHz (6.6%) at 60 and 94 GHz, respectively. The far field polar plots show broadside radiation pattern having gain of 7.9 dBi at 60 GHz and 4.2 dBi at 94 GHz. Further, as a testimony of this concept, scaling principle was used and accordingly microwave scaled antenna was devised. The prototype scaled hardware results matched closely with the designed mm-wave antenna. Further, the proposed dual frequency antenna finds enormous applications towards development of pioneering millimeter wave systems like; 60 GHz is focused on multi gigabit WPAN communication and 94 GHz frequency is currently extensively used for millimeter wave imaging applications. The proposed design is very simple, conformal and easily extendable as an array for MMIC applications for compact frontend design.

     

基于零折射超材料的双频高增益微带天线*

基于双面对称单环开口谐振器对结构奇异的电磁特性,设计了一种频率可控的各向异性零折射超材料。将这种零折射超材料应用于普通双频微带天线,制备了中心频率为5. 15GHz 和6. 8GHz 的零折射双频微带天线。仿真和测试结果显示,由于零折射超材料的引入,天线的侧向辐射减弱,方向性增强。在低频工作时,零折射微带天线E 面和H 面半功率波束宽度分别减小了29°和10°,增益提高了2. 2 dB。在高频工作时,零折射微带天线E面和H 面半功率波束宽度均减小了16毅,增益提高了2. 4 dB。将零折射超材料应用于微带天线的介质基板,为高性能双频微带天线设计提供了有效途径。     

0.1THz扩展互作用谐振腔的研究

设计和研究了一种简单结构的THz波段扩展互作用谐振腔,应用CST等计算软件对其结构进行了冷腔设计,分析了其结构中的工作模式,得到了色散关系,并对其进行了优化。然后用粒子模拟软件进行模拟仿真,结果显示,在工作电压为14kV,电流密度为100A/cm2的激励下,电子注与腔中的TM110模进行互作用,工作频率为109.848GHz,最终得到输出功率为210W,效率约为7.1%的太赫兹波。     

Analysis of a microwave amplifier using the electrooptic junction modulator

Analysis of a proposed amplifier using the electro-optic junction modulator combined with an efficient photodetector shows that gain can be expected at microwave frequencies. The power gain-band product is found to increase linearly with light source power. Calculated gain-band productsG_{p}^{1/2}f, for a light power of one watt at the modulator input, a modulator length of one cm and a width of 10 microns are: for a GaAs modulator-2.6 GHz and for a GaP modulator-710 MHz. A traveling wave design shows gain proportional to the number of segments. For the same conditions as above, and using one thousand segments each 10 microns long, calculated gain-frequency products are: GaAs-820 GHz and GaP-130 GHz. An elementary noise calculation for the traveling wave design indicates that the amplifier is potentially capable of low noise operation.     

（英）340GHz倒圆角交错双栅行波管的仿真与冷测

近些年来交错双栅行波管由于其高功率容量和易加工等优点受到了很多的关注。然而随着器件工作频率的升高,尤其对于太赫兹频段,结构的损耗严重限制了行波管的性能。本文考虑了损耗和加工所导致的圆角等因素,针对交错双栅结构提出了一个更切实际的设计。仿真结果表明该行波管在320GHz到342GHz频率范围内能获得大于5W的输出功率。此外采用了相速跳变方法来提高输出功率,在整个工作频带内输出功率都得到了大于28%的提升。在此基础上加工了340GHz交错双栅慢波结构并开展了冷测实验,在330GHz到360GHz范围内盒型窗的S21测试结果大于-2.1dB且电压驻波比在334GHz到355GHz范围内小于1.35。同时对包含盒型窗部件的高频系统进行了冷测,其电压驻波比测试结果在335GHz到344GHz范围内均小于2,且该冷测结果与仿真结果之间趋势基本一致。     

一种非均匀周期慢波结构返波管的模拟研究

为了提高返波管的工作效率,本文模拟设计了一个X 波段非均匀周期慢波结构的相对论返波管。模拟结果表 明：在电压为719kV,电流为10.2kA,磁场为3.0T 条件下,微波输出功率为2.81GW,工作频率为9.04GHz,效率为 38.3%,输出模式为TM01 模。模拟结果表明,采用非均匀周期慢波结构有效地提高了器件的工作效率。论文同时模拟 研究了电子束电压对器件输出功率、效率、工作频率的影响。     

基于相位和强度调制的微波测频技术研究

为了更好地对微波信号进行频率测量，采用了一种基于相位调制和强度调制相结合的瞬时测频方法。一束连续波光源通过耦合器被分成两路，未知微波信号分别同时经过相位调制器和强度调制器从而对载波进行调制，之后进入两段长距离的单模光纤中。在光纤中由于色散引起的微波功率损耗的特点，可以获得单调变化的频率-幅度的映射关系，继而通过光电探测的微波信号输出功率比得到幅度比较函数；另外还分析与实现了测频范围与测频精确度的优化。结果表明，该方案结构简易，能够快速精准地测量出未知信号的频率，测量范围可以达到0.5GHz~53GHz，测量误差小于±200MHz。该方法可以有效地测量微波信号频率，可靠性强，适用范围广。