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%。     

含电子束任意轴对称周期慢波结构色散曲线的数值计算

运用场匹配法，提出一种可求解包含电子束的任意轴对称周期慢波结构TMOn模色散曲线的数值方法；该方法具备较强的通用性和推广性，对设计具有周期性慢波结构的契仑柯夫类高功率微波源器件，有着重要的指导性意义。采用该方法编制了计算波纹波导和盘荷波导色散曲线的Matlab程序，以算例的形式验证了本数值算法的可靠性，计算出的冷腔色散曲线结果与多维全电磁模拟软件的模拟结果作了比对，二者相对误差在1％之内，计算结果准确可靠。由于采用了数值积分算法，在计算波纹波导色散曲线时，该方法与Bessel函数泰勒级数展开法相比具有计算速度快的优点。     

类 ? 型同频率高功率微波功率合成器的设计

利用基于波导结构的功率合成器来合成高功率微波,是提高窄带高功率微波源输出能力的一个有效方式。本文 设计了一种特殊的类? 型高功率微波合成器,该合成器可以用来合成X 波段同一个频率下的两束高功率微波。文中给出 了该合成器的设计方法及仿真结果,并且将该合成器结构与新型同轴双电子束高功率微波源[1]结合进行了粒子模拟,结果 表明,当加载的二极管电压为674kV,导引磁场为0.8T,内电子束电流为6.6kA,外电子束电流为14.3kA 时,该同轴双 电子束高功率微波源输出的两路微波经功率合成器合成以后输出了频率为9.74GHz,功率高达3.5GW 的微波。     

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%。     

双谐振腔长脉冲相对论返波振荡器研究

延长输出微波脉宽是提高输出平均功率水平的一种重要技术途径.受限于“脉冲缩短”这一国际难题,通常高功率微波源输出微波脉宽较窄.相对论返波振荡器是一种高功率、高效率、可重频运行的高功率微波源,获得了广泛研究和应用.在长脉冲相对论返波振荡器研究方面,现有研究方法很难兼顾长脉冲与高效率.针对上述问题,提出了一种双谐振腔长脉冲相对论返波振荡器的设计方法:采用双谐振腔降低射频场;利用非均匀慢波结构增强束波作用;引入大半径收集极减少电子轰击产生的二次电子的数量.实验结果表明,该器件与现有的长脉冲相对论返波振荡器相比,可以在延长输出微波脉宽的同时提高器件束波作用效率.     

X 波段注入锁定相对论返波管设计

为实现X 波段的相干功率合成,提出了一种高功率的注入锁定相对论返波管模型。器件在结构上分为输入腔和 输出慢波结构：输入腔用于减少注入微波的泄漏,同时腔内的驻波电场可以有效调制电子束;输出慢波段实现调制电子 束的换能输出。模拟表明该结构在注入功率6 kW 的条件下,可以实现2.5 GW输出微波的相位控制。     

螺旋波纹波导在高功率微波领域中的应用研究

螺旋波纹波导是一种具有特殊结构的高功率微波源波导结构,螺旋波纹波导的特殊结构使得TE11和TE21两模式在角向耦合,耦合出的新工作模式具有良好的色散特性和模式选择特性,因此该波导具有广泛的应用价值。简要地介绍了螺旋波纹波导的结构原理,概述了该波导在高功率微波领域的工作原理。通过分析和模拟计算表明,螺旋波纹波导在高功率微波源中极具发展潜力,值得进一步研究。     

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。     

O型同轴慢波器件的纵向模式选择研究

利用S参数理论,研究了O型同轴慢波结构中最低工作模式对应各纵模的频率、场分布和Q值,并分析了慢波结构周期数对纵模的数目及各纵模Q值的影响.在此基础上提出在O型同轴慢波器件中使用同轴引出结构,可减少慢波结构周期数,不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争,从而提高器件效率、稳定产生微波频率.最后利用PIC方法对理论分析进行了模拟验证.     

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.     

Cherenkov radiation in a plasma-filled coaxial cylindrical dielectric slow-wave structure

In this paper, a new type of plasma-filled coaxial cylindrical dielectric slow-wave structure that is very beneficial to the beam-wave interaction of the high-power microwave source is developed. The Cherenkov radiation in the plasma-filled coaxial cylindrical dielectric slow-wave structure is examined by use of the self-consistent linear field theory. The dispersion equation and the synchronized condition as well as the wave growth rate of the beam-wave interaction are derived. The dispersion equation clearly shows that the Cherenkov radiation excited in the plasma-filled coaxial cylindrical dielectric slow-wave structure results from the coupling between the slow electromagnetic wave, TM-modes, propagated along the slow-wave structure and the negative-energy space-charge wave propagated along the relativistic electron beam. The numerical results indicate that the dispersion curves are divided into two branches due to the presence of the background plasma in the coaxial cylindrical dielectric slow-wave structure for the identical electromagnetic wave mode, and the radial distributions of the longitudinal fluctuating electric field corresponding to the two dispersion curve branches are completely different. Injection of the background plasma into the slow-wave structure can enhance the output frequency and the wave growth rate of the beam-wave interaction and enables the high-power microwave source that utilizes this kind of slow-wave structure to gain more output power of the microwave with higher output frequency.     

双波段射频功率放大器理论与设计

提出了一种新型的双频阻抗变换器结构,该阻抗变换器采用T 型与装型结构相结合的方式,经理论推导和仿真优化,设计的双频阻抗变换器可实现任意两个频率上的任意两个不同复数阻抗到实数阻抗的变换。采用双频偏置电路,实现了在两个工作频率下的扼流,最终设计了一款可同时应用于TD-LTE 和GSM 网络的双波段射频功率放大器。相比于其它的多模多频带功率放大器,该双频阻抗变换器理论推导过程简单,容易实现,并可实现68%以上的功率附加效率,同时具有高输出增益和高平坦度的特点,整体电路结构简单。     

Dual-Frequency Operation in a Short-Cavity Ytterbium-Doped Fiber Laser

A dual-frequency 2-cm silica fiber laser with a wavelength spacing of 0.3 nm has been demonstrated using a polarization-maintaining (PM) fiber-Bragg-grating (FBG) reflector. The birefringence of the PM FBG was used to generate the two single-mode (SM) lasing frequencies of orthogonal polarizations. The SM operation in each wavelength has been verified. The output power reaches 43 mW with the optical signal-to-noise ratio of greater than 60 dB. The fiber laser shows stable dual-frequency output under pump variations     

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.     

Studies of backscattered sea return with a CW, dual-frequency, X-band radar

A coherent, CW, dual-frequency,X-band radar was used to study microwave sea return from the Chesapeake Bay. It is shown that the product of the backscattered fields depends strongly on long surface wave properties. In particular, a sharp line is found in the product power spectrum whose frequency is that of the water wave whose wavelength is in resonance with the spatial period of the beat frequency between the two transmitted signals and whose wave vector is parallel to the horizontal line of sight. Thus, gravity wave dispersion relations can be obtained with the system. Furthermore, the degree of modulation of short waves by long ones is given by the intensity of the line. A broad background corresponding to the convolution of the single-frequency Doppler spectra is also seen in the product power spectrum. These results are shown to be interpretable by composite surface scattering theory.     

回旋行波管介质加载结构色散特性测量实验研究*

文章研究了回旋行波管介质加载高频结构中TE01 模式色散特性的测试方法,给出了测试结果并和理 论计算进行比较,根据测试结果分析了色散特性对回旋行波管输出特性的影响,同时预测了互作用的输出特性并和 实际测试结果进行了比较。     

改善效率的0.14 THz折叠波导慢波结构设计

在研究0.14 THz折叠波导行波管中,提出一种三段相速跳变的设计,使得电子能够在输出段与行波场发生速度再同步,从而提高了电子工作效率。根据色散公式,找到一种影响相速变化的结构因素。通过优化设计进行大信号程序计算,在电压14.95 kV、工作电流30 mA时,与未采用相速变化的结构相比,140 GHz时功率提高了0.84 W,效率提高了9.13%;在142 GHz时功率提高了0.88 W,效率提高了10.4%;-1 dB带宽由原来的5 GHz提高到7 GHz,扩展了行波管的带宽,提高了电子与波的互作用效率。     

具有32 GHz频差的掺Yb3+双频DBR光纤激光器

基于自制的双波长低反射率光纤光栅（FBG）作为分布式布拉格反射激光器（DBR）的输出端,实现了掺Yb3+双频DBR光纤激光器。该FBG的双波长间隔为0.12 nm,对应的频差为32 GHz。双频光纤激光器输出的两个波长分别为1 063.09 nm和1 063.21 nm,光谱信噪比大于60 dB。每一个波长只包含一个纵模。两个纵模的拍频信号为32.014 GHz,频谱信噪比大于35 dB。得益于光纤激光器本身具有结构紧凑,抗干扰能力强等特点,该型激光器有望作为高品质,小型化的微波信号源,用于微波传感和通信等领域。     

Calculation of the Parameters for Ring-loop Traveling Wave Tube in MMW

The feature of the ring-loop slow wave structure is high coupling impedance and low harmonic wave components. Therefore ring-loop traveling wave tube (TWT) has advantages of high gain, small dimension, higher operating voltage and less danger of the backward wave oscillation. But calculation of the ring-loop is rather difficult. Here on basis of calculation of dispersion and impedance, a fast estimation of interaction efficiency, output power and saturated gain for Ka-band ring-loop TWT are given.     

通信电台电磁辐射2阶互调低频阻塞效应与作用机理

为揭示通信电台复杂电磁环境效应机理,该文采用全电平辐照法实验研究了某型超短波数字通信电台的单频和带外双频电磁辐射阻塞效应,确定了其单频电磁辐射效应规律和敏感带宽,实验数据表明受试电台对带外双频3阶互调阻塞较单频电磁辐射阻塞干扰敏感9～23 dB。实验过程中发现了一种既不能用双频非互调迭加机理解释、也不能用3阶交互调机理解释的双频电磁辐射敏感现象。