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。     

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。     

基于空间映射算法的微带滤波器优化设计

考虑到传统电磁优化仿真方法的低效性,在原始空间映射算法的基础上,构造一种有效的输入一输出空间映射算法,并用于优化设计一个微带带通滤波器,其替代模型和精确模型分别采用了基于电路原理的AgilentADS和基于矩量法的全波电磁仿真软件FEKO进行计算分析。仿真结果表明,该算法能够有效增加所设计器件的优化自由度,大大减少计算机优化时间,有效提高了微波器件的设计效率。     

X 波段三轴相对论速调管放大器的分析与设计

研究了三轴相对论速调管放大器（TRKA）的模式泄漏和自激振荡问题,对干扰模式的电场分布进行了分析,得 知干扰模式在谐振腔中为TM21 模,而在同轴漂移管中耦合为TE21 模。针对干扰模式的传输特点采用在同轴漂移管中加 载吸波材料的方式进行抑制,通过三维粒子仿真软件分析了吸波材料的电导率和几何参数对微波吸收的影响,根据仿真 分析结果,对同轴漂移管中加载吸波材料的TRKA 结构进行了三维模拟研究,结果表明吸波材料能够很好抑制TRKA 的 自激振荡,模拟仿真实现TRKA 输出微波功率1.1GW,效率37%,增益42dB。     

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。     

94 GHz TE_（02）-TE_（11）模式变换链的设计与模拟

本文在电磁场耦合模理论的基础上利用MATLAB优化工具对W波段回旋管用TE02-TE01-TE11模式变换链进行了详细研究与分析。应用编制的仿真程序对W波段TE02-TE01-TE11模式变换链进行了设计和数值模拟,通过结构参数优化,获得了性能良好的模式变换链。TE02-TE01和TE01-TE11模式变换器在中心频率94 GHz处的转换效率分别为96.3%和94.1%,对应带宽分别为4 GHz（转换率95%以上）和2 GHz（转换率90%以上）。为了进一步验证设计的模式变换链的性能,利用高频模拟仿真软件HFSS对优化的模式变换链进行了模拟仿真,模拟结果与利用计算程序得到的结果基本吻合。     

均压环在高功率微波辐射天线窗中的应用研究*

针对HPM（High Power Microwave）辐射天线面临的功率容量（即辐射窗在真空侧的击穿）问题,论文借鉴脉冲功 率系统中提高绝缘介质耐压强度的措施,利用微波辐射场中,当细导线同电场垂直时不影响天线辐射场的特点,在辐射窗中引 入了均匀环。结合BWO（Backward-wave Oscillator）器件输出微波特点（输出微波模式为TM01 模）,将均压环安放在含刻槽介质 面窗口,均压环与电场方向垂直,设计了基于均压环的新型HPM 辐射天线窗,结合CST 软件仿真可知,这种天线窗并不影响 天线的辐射。将其应用于BWO 实验,实验表明：在束压1 MV,束流10 kA,效率30%时,同普通天线窗相比较,得到器件脉宽 从40 ns 变为60 ns 的稳定微波输出。     

轴向输出相对论磁控管真空室过渡段设计

相对于径向输出相对论磁控管而言,轴向输出相对论磁控管具有结构紧凑、高阻抗、角向均匀性、工作模式稳定以及高功率输出等一系列优点。但由于外加磁体对轴向输出端半径的限制,导致真空室的轴向长度大于磁控管的轴向长度,为了实现工程应用,一段较短的轴向输出过渡段被设计。文中主要是通过仿真软件仿真找到较为有效的过渡段设计以实现在S 波段π 模工作模式下的轴向输出相对论磁控管的能量有效输出。整个器件的轴向输出段的总长度为378 mm,输出端圆柱波导的半径为73.8 mm。在三维粒子模拟下得到一种较为有效的过渡段结构,功率转换效率为28.7%,相应的输出功率为1.371GW,辐射模式为TE01 模。     

一种新型的混合型双频高功率微波器件

为提高高功率微波(HPM)器件的输出功率和转换效率,通过对磁绝缘线振荡器(MILO)和分离腔振荡器(SCO)的特性分析,提出利用MILO磁绝缘电流驱动的SCO替代收集极,构成一个具有更高输出性能的双频混合型HPM器件。通过全电磁粒子模拟软件的模拟,结果表明：L波段MILO-SCO混合型HPM器件可在1.54 GHz和0.74 GHz双频下工作,转换效率超过20%,对探索提高HPM器件工作性能提供了参考。     

Ka波段过模表面波振荡器数值模拟

为解决毫米波雷达对高功率微波源的急迫需求,采用Magic粒子模拟程序和CST高频仿真软件设计了一种工作在Ka波段的高功率表面波振荡器(Surface-wave Oscillator,SWO),该器件具有过模慢波结构,在中等电压(420kV)有较高的注波互作用效率。模拟结果表明这种器件在9.5个周期下能产生650MW输出功率的微波,转换效率达19.3%。     

电磁驱动电容检测微机械陀螺的设计

介绍了一种电磁驱动电容检测微机械陀螺的结构和工作原理。该陀螺的突出优点在于驱动和检测采用了相互独立的折叠梁和振动质量 ,故驱动和检测间的耦合大大地减小。本文从理论上分析了折叠梁结构参数对振动模态频率的影响 ,并针对初步确定的结构尺寸 ,利用COVENTERWARE软件进行了静力学和动力学分析 ,对理论计算结果进行了验证     

基于光纤环选频特性的双环结构光电振荡器

提出并验证了一种借助于光纤环的选频特性实现辅助滤波的光电振荡器,利用偏振分束器(PBS)和偏振合束器(PBC)构成的双环路结构抑制掉部分光电振荡器的边模,同时借助于光纤环的光学梳状频率特性,对振荡器环路中的光信号模式再次进行选择,既起到边模抑制的作用,又提高了光电振荡器谐振腔的Q值.仿真结果表明:采用光纤环辅助滤波有利于光电振荡器的边摸抑制和单模输出,在保证光电振荡器输出低相位噪声和高频谱纯度微波信号的情况下,边模抑制比超过160 dB,模式间隔达到370 MHz,降低了对电域带通滤波器的性能要求,是一种新的光电振荡器设计方案.     

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。     

宇称时间对称光电振荡器技术研究进展

随着微波技术的不断进步,提升本振信号源的频率稳定度及相位噪声指标的需求尤为迫切.光电振荡器技术因具备极低的相位噪声以及良好的频率拓展性吸引了研究人员的广泛关注.但光电振荡器内部的长距离光纤大量增加了输出信号的边带,如何解决单模输出与相位噪声之间的矛盾成了光电振荡器领域研究的热点.宇称-时间对称方法在保证输出信号相位噪声的前提下可极大地优化输出信号的边带抑制,受到国内外研究团队的广泛关注.文章在对宇称-时间对称光电振荡器的工作原理和特性进行阐述和分析的基础上,对国内外研究团队设计的宇称-时间对称光电振荡器结构和方案进行了总结,分析比较了各种方案的基本原理及性能指标,讨论了宇称-时间对称光电振荡器技术的未来发展方向.     

220 GHz共焦波导回旋振荡管的理论研究与模拟仿真

随着毫米波波段回旋管的研究深入,传统的封闭式圆波导谐振腔的弊端越发明显。根据回旋管非线性理论,设计了一只采用开放式准光谐振腔作为高频结构的回旋振荡管,其工作频率为220 GHz、工作电压为60 k V、电流为3 A、横纵速度比α为1.5、工作模式为HE06模。通过采用自主研发的三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟研究,分析其工作特性,并进一步优化参数。仿真结果表明:所设计的回旋管在磁场为8.57 T的条件下工作,可获得36 k W的峰值功率输出,输出功率效率可达20%。     

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     

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.     

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。     

An Unmagnetized Plasma-Loaded Relativistic Backward-Wave Oscillator: Experiment and Simulation

Reported in this paper are the results of an experiment to produce high-power microwave radiation from a gas-filled backward wave oscillator (BWO) driven by a relativistic electron beam without external guiding magnetic field. A peak power for background gas pressure at 5.25 mTorr has been observed as argon pressure from 0.75 mTorr to 15 mTorr. Operating frequency of the oscillator has been measured at 9.6 ± 0.4 GHz. The results of PIC simulation are in good agreement with the experimental results. A reasonable explanation is given for experimental results by PIC simulation.