过模表面波振荡器输出太赫兹波模式的影响因素分析

采用轴向电场分解与PIC(Particle-in-cell)模拟相结合的方法,研究了二极管参数、引导磁场和输出结构等因素对0.14 THz过模表面波振荡器输出太赫兹波模式的影响。当太赫兹波实现稳定输出时,其模式成分和相对相位差基本不受二极管电压的上升沿、幅度和引导磁场大小的影响,除非振荡器的工作状态发生了明显改变,但它们对阳极半径和阴阳极间距的变化较为敏感。在较小的二极管电压、阳极半径或阴阳极间距下振荡器能获得一定成分的TM01模太赫兹波输出。输出结构决定了输出太赫兹波的模式成分。通过合理设计锥形输出结构的参数,能够实现相同功率水平下的纯净TM01模输出,简单有效地解决过模表面波振荡器的多模输出问题。     

异型截面波导模式变换技术

异型截面波导具有特殊的模式传输特性,理论上能够扩展现有的变模技术,推动多频点、宽带宽和紧凑化模式变换器的发展。但由于其结构复杂,难以通过数学方法直接获得准确描述模式耦合过程的解析表达,从而抑制了此类技术的发展。从麦克斯韦方程组出发,重新推导并给出了基于矢量波形函数的弯曲波导耦合波方程组以及耦合系数的表达式,结合数值求解矢量波形函数的方法即可解决异型波导模式变换器的优化问题。为验证该技术途径的有效性,设计了一个工作在X波段的椭圆波导TM₀₁-TE₁₁模式变换器。仿真与数值计算结果一致,表明该模式变换器变模效率高于95%的带宽为10%,最高转换效率高于99%,较经典的圆波导变模器件有着更好的性能表现。     

强流脉冲电子束特性对相对论速调管相位的影响分析

相位特性是强流相对论速调管放大器(RKA)的一个重要特征参数,而由高功率脉冲功率源产生的具有一定前沿的强流相对论电子束在驱动RKA时,会使得输出微波出现较大波动,影响RKA的输出微波相位稳定性及其应用.论文从强流脉冲电子束前沿分布状态出发,理论分析电子束前沿束流能量变化及其激励的腔体杂频对输出相位的影响,同时开展粒子模拟研究以及实验研究.研究结果表明:脉冲前沿段电子束能量变化将导致输出微波相位持续变化;此外,电子束前沿将激励杂模,导致输出微波相位在脉冲前沿段及平顶段初期持续抖动,在腔体参数一定条件下,脉冲前沿能量变化率越大,相位波动幅值越大,持续时间越长,通过减小杂频振荡频率处腔体的Q值可以有效缩短输出相位抖动时间,提高输出相位稳定性.     

短脉冲非相参雷达的逆合成孔径成像及其稀疏恢复成像技术

短脉冲非相参雷达(NCSP)的辐射源输出微波脉冲持续时间短,针对于高速运动目标而言,其脉冲持续时间内的目标运动可忽略不计,对回波信号不需进行专门的脉冲内运动补偿。为了利用短脉冲非相参雷达信号进行逆合成孔径雷达成像,该文应用补偿相参处理的方法,去除辐射信号包络时间不确定性和初始相位的不确定性影响,在常规方法进行包络对齐和初相补偿后可利用距离-多普勒(RD)方法进行逆合成孔径雷达成像,仿真验证了补偿后信号成像的可行性。然而,短脉冲非相参雷达的载频随机抖动的因素会导致距离-多普勒成像结果在多普勒维度产生随机调制的旁瓣,影响成像的质量。利用稀疏恢复技术,在成像空间中对目标的散射中心进行稀疏重构,利用正交匹配追踪(OMP)算法和稀疏贝叶斯学习(SBL)算法进行成像,从而实现了抑制非相参因素引起的成像旁瓣,改进了成像质量,通过仿真验证了方法可行性。     

三谐振型高压脉冲发生器

Tesla型脉冲源在小型化设计中存在次级线圈绝缘压力大、形成线受磁心及线圈结构限制等问题,三谐振变压器可以有效解决以上问题,为此笔者研制了1台基于非闭合磁心的三谐振型高压脉冲产生装置。通过对三谐振脉冲变压器无损电路的分析,给出了在高耦合系数条件下采用第1峰进行充电的设计思路及方法。在已有GW级Tesla变压器基础上,研制了1台基于三谐振脉冲变压器的脉冲功率源。实验结果表明:系统最大工作电压约为280 kV,为次级线圈电压的1.6倍,输出脉宽2.7 ns。     

碳纤维复合石墨阴极的制备及电子发射性能EI

阴极作为强流电子束的起点,对高功率微波源的性能具有重要影响。石墨是高功率源用爆炸发射阴极的常用材料,具有高压重频条件下运行稳定和长寿命的优点。使用具有高长径比、低发射阈值的碳纤维对石墨阴极进行复合,采用场发射及高功率微波测试平台,对比分析纯石墨阴极及碳纤维复合石墨阴极的场发射性能、强流电子发射性能及输出微波特性,结合阴极的微观结构表征,研究碳纤维复合对石墨阴极电子发射性能的影响规律。研究表明:与鳞片石墨阴极相比,40%(质量分数)碳纤维复合石墨阴极的场发射阈值电场由143 kV/cm降低到119 kV/cm,降低了约16.8%,二极管电压为480 kV时输出的微波脉宽与峰值分别提高了13.5%,5.7%。同时考虑到碳纤维在爆炸电子发射过程中结构稳定性的特点,碳纤维的复合也有利于阴极使用寿命的提高。     

银纳米线/聚乙烯醇导电复合材料的逾渗特性研究

采用多元醇法制备了长径比约为240的银纳米线(AgNWs),以聚乙烯醇(PVA)为基体、AgNWs为导电填料制备了导电复合材料;基于排斥体积理论和几何相变理论对银纳米线/聚乙烯醇导电复合材料的逾渗阈值进行了分析和预测。结果表明,基于排斥体积理论计算得到的逾渗阈值(0.5816%)小于实际复合材料的实测数据;基于几何相变理论模型对材料逾渗阈值的拟合数据约为1.25%～1.31%,与实验测试得到的复合材料逾渗转变浓度范围一致性较好。因此,利用几何相变理论进行复合材料逾渗阈值和电导率的预测对于AgNWs/PVA导电复合材料的设计、制备及性能评价具有重要的指导作用。     

基于电磁超表面的宽角扫描相控阵天线

提出了一种基于电磁超表面的宽角扫描相控阵天线设计。其工作频率为19.6~21.2 GHz,扫描角度为二维±60°,相控阵天线单元为介质加载的波导口形式。为改善该相控阵的宽角匹配和辐射特性,用基于PCB工艺的电磁超表面替换常规的介质锥匹配结构。相控阵天线单元的仿真结果表明,超表面相控阵天线的有源反射系数更低。小规模阵列辐射特性的仿真结果表明,在±60°扫描角度范围内,超表面相控阵的最低增益相比常规相控阵提升了0.6 dB。中等规模阵列辐射特性的实测结果表明,常规相控阵在0°方位面扫描到60°时,辐射方向图会发生较大变形,天线辐射增益明显下降,而超表面相控阵的方向图仍保持完好,天线增益下降明显改善。上述仿真和实测结果证明,电磁超表面技术在改善相控阵天线宽角扫描特性方面可以发挥重要作用。     

高功率微波常用测量器件标定方法研究

首先分析了检波器现有标定方法存在的问题,并且进行了实验研究。研究结果表明信号源输出功率未实时监测和检波器驻波比引起的反射是检波器灵敏度存在差异的主要原因。在此基础上提出了改进后的检波器标定方法,并且实验验证了改进后标定方法的正确性。分别采用Agilent 信号源和Agilent 矢量网络分析仪研究了HPM 常用测量器件窄脉冲和连续波下的衰减量差异。研究结果表明:测量器件衰减环节窄脉冲下衰减量可采用矢网连续波测试结果,二者最大差别约0.3 dB。     

微波短脉冲时域合成效率研究

功率合成是未来微波技术的重要发展方向之一,通常对于高功率微波雷达、超宽带雷达等新型系统,其辐射脉冲的宽度多在ns 至数十ns 量级,研究功率合成技术时不仅需要考虑合成单元输出相位的相干性,同时在时域上也必须考虑各短脉冲之间的延时抖动对功率合成影响。基于数理统计方法,推导计算了高斯和矩形两种典型脉冲在不同延时抖动分布特性下,微波短脉冲时域合成效率的理论预估公式,并将理论预估公式与数值模拟计算结果进行了对比分析,验证了理论预估公式的合理性,为后续微波短脉冲功率合成系统的技术研究提供了参考。