高功率微波的发展与现状

简要介绍了高功率微波产生的原前正迅速发展的高功率微波的应用前景及其发展趋势.     

高功率微波器件的初步优化设计

将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合,研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件——磁绝缘线振荡器（MILO）和超辐射返波管（SRBWO）进行优化设计。将束波转换效率作为优化目标,在输入功率基本不变的情况下,优化后的磁绝缘线振荡器的效率比原模型提高38．8％;将超辐射相对论返波管的峰值输出功率作为优化目标,优化后的器件峰值输出功率比原来提高了37．5％,束波转化效率提高了50％;将超辐射相对论返波管的输出微波总能量作为优化目标,输出微波总能量比原来提高了38．1％。经优化后获取的器件模型几何参数合理,物理图像正确。     

2.45 GHz微波大功率信号源设计

提出了一种工作在2.45 GHz的大功率固态微波源,该微波源由锁相环、数控衰减器、驱动放大器、低通滤波器和功率放大器等器件组成,能够产生2.45 GHz连续波信号,并实现输出功率的步进控制.对各部分电路进行了设计,制作了信号源的实物样机并进行了测试.测试结果表明,该信号源最高可输出频率为2.45 GHz、最大功率为39...     

抗高功率微波的VGA信号光传输设计

现代战场中,高功率微波武器的大量使用令众多军用电子设备面临严重威胁。VGA作为军用计算机主要的视频信号,提升其在恶劣的电磁环境中传输时的抗干扰能力尤为重要。提出了一种基于光电转换技术的VGA信号光纤传输方法。通过介绍相关电路、实验过程及结果分析表明该方案能够满足抗高功率微波干扰的需求,在工程上有一定的应用前景。     

双层等离子体对6 GHz高功率微波防护实验

针对高功率微波对电子设备的安全威胁,设计了一种双层柱状等离子体阵列对高功率微波进行防护。其中单根等离子体柱的直径为25.4 mm,长度为600 mm,等离子体频率与碰撞频率可进行控制。利用搭建的实验测量系统,研究了微波极化方向、等离子体电子密度、放电单元层数等因素对高功率微波透射衰减的影响。实验结果表明:当高功率微波未激发等离子体产生非线性效应时,TM极化时的防护效果优于TE极化时的防护效果,且能量衰减分别可达20.9 dB和14.7 dB;随等离子体电子密度增大,微波透射功率减小,防护效果增强;由于层间反射作用,双层等离子体对高功率微波的透射衰减远大于单层等离子体衰减值的两倍。     

高功率相对论返波振荡器的研究

本文用自洽的线性场理论对相论返波管进行了分析和数值计算,预见出器件的工作频率及特性,报道了Ｘ波段相对论返波管实验结果：器件在束流１．８ｋＡ,束能４５０ｋｅＶ的相对论电子注驱动下,在中心频率９．３０ＧＨｚ处产生了峰值功率达１００ＭＷ的微波辐射。运用全电磁的相对论的２１／２维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟了返波管中注波互作用的非线性过程。最后对实验结果,线性理论分析结果,ＭＡＧＩＣ模拟结果进行了全面的比较     

220 GHz周期介质加载波导回旋行波管的理论设计与PIC仿真

通过理论研究和粒子仿真（Particle in Cell , PIC）,设计了一支工作在基波TE01模式下,采用周期性介质加载（PDL）波导的220 GHz回旋行波管（gyrotron traveling wave tube, Gyro-TWT）。通过研究寄生振荡的起振阈值和加载介质环,成功抑制了寄生振荡（绝对不稳定性振荡和返波振荡）。分别采用了非线性理论程序与粒子仿真对注波互作用进行研究,对比了两种结果基本一致。PIC仿真结果显示,优化后的回旋行波管,工作在220 GHz时,在输入70 kV和3 A电子注的情况下,饱和输出功率为55.61 kW,对应的效率为26.48%,饱和增益为53.56 dB,-3 dB带宽为12 GHz。     

一种航天器有效载荷新型高功率微波开关

为了抑制空间高功率器件中微放电击穿,本文提出了一种表面多孔结构。通过在器件表面构造该多孔结构,实现对二次发射电子的禁锢,从而减小器件表面二次电子发射系数,提高微放电阈值。通过模拟分析不同金属材料表面的二次电子发射特性,结合波方程和电子动力学理论建立电磁粒子模拟算法,实现不同微观表面微波器件的数值模拟。使用偏置电流法测量不同条件下金属的二次电子发射数据。模拟计算一定功率电平下典型微波开关微放电的物理图像。测量给出不同银表面处理下的二次电子发射特性,并且模拟给出微放电阈值。模拟结果与实验结果吻合良好,证明了表面多孔结构对微放电的有效抑制。     

一种紧凑型宽带高功率微波驱动源

为实现对传输线开关振荡器或振荡天线进行快速充电,以提高其耐压能力和产生高频振荡信号的能量效率,本文研制了一种基于Tesla变压器的电容储能型脉冲驱动源。本文首先介绍该驱动源的工作原理和运行过程,接着利用等效电路方法分析了关键电路参数对负载充电过程的影响,然后介绍该驱动源的具体工程设计,最后介绍该驱动源初步测试结果以及将其应用于变压器油在10 ns量级脉冲下击穿特性研究的实验情况。实验表明,输出火花开关在中储电容器充电电压为-191 kV导通时,通过电感对等效电容为15 pF的传输线充电电压峰值为-224 kV,电压上升时间约10 ns。研究结果表明本文研究的驱动源能够满足对传输线开关振荡器等电容负载进行快速充电至数百kV高压的应用需求。     

虚阴极高功率微波发生器的粒子模拟

本文简述了PIC模拟(Particle—in-cell Simulation,简称粒子模拟——Particle Simu—lation)的基本方法,全面评述了用粒子模拟方法研究虚阴极高功率微波发生器的历史、现状、基本方法、优点和模拟结果。     

海关大型货物在线检测用加速器微波功率源的研制

本文首先介绍了海关大型货物在线检测用加速器微波功率源的总体方案然后阐明了在研制过程中遇到的技术关键的解决措施。     

基于微带环缝谐振器的2.45GHz小功率微波等离子体源的建模与仿真

该文介绍了一种基于微带环缝谐振器的2.45GHz小功率微波等离子体源的建模方法。根据半波长终端开路谐振器的特性,通过选择合适的缝隙宽度和偏转角度、介质基片的介电常数等,使微带环缝谐振器的品质因数最大,同时与馈电端良好匹配。研究表明,实验结果与仿真结果基本吻合,这为小功率微型微波等离子体源的进一步研究提供了理论基础。     

半导体技术在大功率微波加热应用研究

研究大功率半导体微波技术应用与微波炉加热,通过半导体微波炉控制系统、半导体微波馈入系统研究,实现半导体微波技术在大功率微波炉上应用。试验测试表明：半导体微波加热功率输出能够达到600W,半导体微波炉负载及频率牵引特性满足要求,加热均匀性在70％以上。加热效率在40％左右,还需进一步提升。     

大功率水冷功率单元研发与设计

功率单元的研发设计是大功率水冷变频器设计极为关键的环节。本文提出一种水冷散热方式的单元结构,通过理论计算、热仿真分析,得到水冷板的温升和压降,验证方案的可行性。     

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。     

一种高稳定线性驱动电源设计

介绍了一种高稳定线性驱动电源的原理及电路设计。这种驱动电源采用大功率运算放大器作主要功率器件，采用负反馈技术实现自动稳流，其线性度达０．２７％，具有极高的稳定度。     

微波功率模块中高效率灯丝电源的设计

设计了可有效提高效率的小功率常规集成电源电路。在Pspice仿真的基础上，介绍了利用Magnetics Designer软件设计、优化高频变压器的方法，分析了合理选择开关管、输出整流管及RCD箝位电路参数的依据。通过实验测试，设计的灯丝电源在兼顾小型化的同时，满载效率达到92％。     

基于旋磁非线性传输线的小型化强电磁脉冲源的仿真研究

与传统基于电真空器件的窄谱高功率微波源相比,基于旋磁非线性传输线(GNLTL)的宽谱强电磁脉冲源无须驱动电子束、导引磁场和真空条件,具有能量效率高、工作频率可调以及可重频运行等优势,是一种结构简单、适合小型化和固态化的技术方案。该文通过理论分析其产生射频振荡和脉冲陡化的工作机制,并利用商业软件建立一套可视化的2-D GNLTL仿真模型进行验证。通过仿真分别研究不同注入电压和不同轴向偏置磁场下的旋磁输出脉冲的时域和频域特性。模拟结果表明：随着注入电压增大,经调制的振荡电压峰值升高,而调制深度则是先增加后减小到几乎不变,输出电压上升沿减小后趋于稳定,而中心频率则随着注入电压增大而增加;随着偏置磁场增加,输出振荡峰值电压和调制深度均是先增大后减小,输出电压上升沿先减小后增大,而中心频率先减小后增大。     

高功率正交场器件中反同轴高频结构设计

本文通过介绍反同轴高频(慢波)结构在正交场器件中的典型设计应用.试图为低成本正交场微波源高功率化找到一种新的实现方法,而不是一味地要求提高阴极的发射性能.同时探讨利用新型高次模(2π)腔体的可能性.通过简单的分析和公式推导归纳和PIC高频仿真软件的腔体模拟计算得到了预期的场分布模型.基本映证了2π模反同轴高频慢波结构工程应用的可行性.为实际工程型号设计奠定了基础.