X 波段衍射输出相对论磁控管的粒子模拟研究

：本文报道了一个X 波段18 腔衍射输出相对论磁控管的初步模拟研究结果。利用高频场分析软件和粒子模拟软件, 通过分析和优化器件的结构参数,合理选取电磁场取值大小,最终得到：在二极管电压350 kV,外加磁场0.41T 条件下, 可以得到输出功率1.09 GW、功率转换效率为22%、频率9.59GHz 的微波。     

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。     

X波段相对论返波管卡诺枪设计

设计了一种用于X波段相对论返波管的电子枪,利用粒子模拟软件对整管进行测试,结果表明,这种电子枪能产生电流为4kA电压为550kV电子注,且具有使用寿命长,整管真空度高,性能好,可获得高重复频率输出等优点。获得了频率为10．34GHz,微波峰值功率1．5GW,转化效率为20％的微波输出。     

带慢波结构的虚阴极振荡器

为探索新型高效率微波器件,受其它带慢波结构器件的启发,设计了由微波预调制腔、慢波结构腔和 微波提取腔组成的新型虚阴极振荡器。研究表明,由于慢波结构的存在,束-波转换效率高于普通虚阴极振荡器,在 电压550kV、电流16kA 下,可以获得频率为1. 95GHz,1. 4GW 的周期平均功率,16%的转换效率。随后在加速器平台 进行了初步的实验研究,获得了辐射功率约600MW,频率约1. 94GHz 的微波输出,频率单一,可实现锁频。分析知, 由于阴极制作过程导致电子发射不均匀是影响效率的主要原因。实验所测得的束-波转换效率达5%,表明该结构 的高功率微波器件可以提高束波转换效率。     

三反射镜准光腔Smith-Purcell辐射的研究

三反射镜准光腔作为一种特殊准光谐振系统在特定模式具有较小的衍射损失,同时能有效提高电子注与高频场的互作用效率;采用中等能量的相对论环状电子注激励轴对称的、带有绕射光栅的三反射镜准光谐振系统可以得到相干Smith-Purcell辐射。采用2.5维全电磁粒子模拟程序对该器件进行了粒子模拟,在输入电压为50kV,输入电流为39.4A时,得到频率为97.2GHz,峰值功率为8kW的相干Smith-Purcell辐射输出。     

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.     

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%。     

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.     

220GHz高功率微波信号源的设计与仿真

本文通过理论分析与数值模拟相结合的方法对220 GHz高功率微波信号源进行了设计与仿真。研究表明,在120 kV注入波电压、4.0 T引导磁场条件下,模拟得到了4.8 MW的信号功率输出,工作频率高于220 GHz。同时,器件输出性能可由注入电压波幅度及外加引导磁场强度调节。     

3.1～3.4GHz50W硅功率晶体管

南京电子器件研究所研制成功工作频率３．１～３．４ＧＨｚ,脉冲宽度３００μｓ,占空比１０％,输出功率大于５０Ｗ,功率增益大于７ｄＢ,效率大于４０％的硅脉冲功率晶体管。该器件在脉冲宽度为１００μｓ时输出功率大于６０Ｗ。器件的输出功率、增益和效率等特性所能达到的水平是工作频率的敏感函数。随着工作频率的提高,器件的高频功率优值（Ｐｏ·Ｒｏ）下降,微波寄生参量变得非常突出,信号损耗增大,造成器件的输出功率、增益和效率的大幅度下降。因少子迁移率的限制,硅功率器件一般工作于Ｓ波段以下。限制器件功率输出的另一重…     

衍射输出相对论磁控管的高重频短脉冲运行实验研究

本文报道了近期衍射输出相对论磁控管在低电压、短脉冲、高重复频率条件下的初步实验研究结果。当外加电 压约180kV,磁场约0.12T 时,输出微波功率最高可达120MW,微波频率2.3GHz,功率效率22%。在半高宽约7ns,平 顶约2.5ns 的电脉冲条件下,输出微波底宽3ns,半高宽1.5ns。当器件以50Hz 和100Hz 高重复频率运行时,输出微波幅 值稳定性受电脉冲波动和通电螺线管内的电流波动影响较大,微波功率波动范围90MW 至120MW。以脉冲串的形式、 长时间高重频运行20000 炮次后,器件内部无明显的烧蚀出现。     

行波管高压电源中变压器的优化设计

研究了行波管高压电源中变压器的铁芯损耗、绕组损耗(铜损)和工作频率,主要通过理论推导和仿真对磁性元件的设计进行了优化分析,并用PC95材质PQ40/40磁芯设计了一种输出电压10kV、输出功率450 W的行波管高压电源变压器。变压器设计结果满足电源要求,实验结果验证了理论分析。     

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。     

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。     

36kV/10kW CO2激光器充电电源的研制

为了改善现有CO2激光器工频LC谐振充电时充电电压随激光器工作频率升高而降低、影响激光输出的稳定性和光束质量,不利于装置的小型化和轻量化的问题。采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路,研究了36kV/10kW高频高压充电电源。该电源系统采用三相380V交流电作为供电系统,大功率智能功率模块作为全桥逆变电路。逆变交流信号经串联谐振电路及高频脉冲变压器得到高压脉冲信号,高压脉冲经整流给负载电容充电,电源应用电压电流双闭环控制系统,输出电压、电流经采样及放大后,反馈到电源控制芯片SG3525,芯片SG3525通过判断反馈信号的大小,控制输出脉冲宽度调制驱动信号的占空比。激光器放电频率为25Hz时,电源输出电压为37kV,峰值输出功率为13.05kW,充电效率为0.826。结果表明,该高频高压充电电源适合用作CO2激光器的高压充电电源。     

基于ADP3806的高功率LED驱动电路设计

设计了一种基于ADP3806的高功率发光二极管(LED)的高效驱动电路。ADP3806是一款开关模式电源控制器,拥有双环路恒定电压和恒定电流控制、远程精确电流检测以及关断和可编程可同步开关频率,能提供恒定电流。同时在设计中利用单端原边电感转换器(SEPIC),其可以提供一种可以高于或低于输入电压的输出电压,在适当的占空比下工作,使连续传导模式(CCM)和脉冲宽度调制(PWM)控制变得简单,提高了效率,并且避免由变压器泄漏电感带来的电压尖峰和振铃。从而在需要进行升压和降压转换来同时驱动多个高功率LED的场合,这个设计是非常适合的。     

3cm双频高功率返波振荡器的粒子模拟研究

提出3cm双频两段式同轴相对论返波振荡器,用粒子模拟软件对其结构和电磁参数进行分析研究,优化得到的结构参数为第一、二段分别为10和4个周期数,周期长度分别为0.5cm、0.73cm,波纹幅值分别为0.13cm、0.21cm,平均半径2.9cm,同轴间隙为2.1cm。实验结果表明在环形相对论电子注电压为510kV,电流为9.4kA,引导磁场为0.7T的条件下,器件得到了3cm波段稳定的高功率双频微波输出,其平均功率约为0.75GW,平均功率效率为15.6%。     

CO2激光器高压高频充电电源的应用研究

为改善现有CO2激光器工频充电电源体积、重量大、充电精度低等缺点,开展高频高压充电电源的研究,研制一台采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路、输出电压36 kV、输出平均充电功率为10 kJ／s的高频高压充电电源。该电源系统采用三相380 VAC作为供电系统,大功率智能功率模块（IPM）作为全桥逆变电路,逆变交流信号经串联谐振电路及高频脉冲变压器得到高压脉冲信号,高压脉冲经整流给负载电容充电;同时,电源应用电压、电流双闭环控制系统,输出电压、电流经采样及放大反馈到电源控制芯片SG3525,SG3525通过判断反馈信号的大小控制输出PWM驱动信号的占空比。实验结果表明：电源输出电压36 kV,输出平均功率为10.8 kJ／s,充电效率为0.82,电源纹波系数为1％。电源系统保证了激光器稳定工作在30 Hz条件下。