C波段高稳定度磁控管微波源实验研究

由于物理机制和工艺结构的固有限制,各种微波源均有其功率极限,而以锁相技术为基础的功率合成技术是获得大功率微波的一条重要途径。主要研究了以磁控管为基本单元的注入式锁相方案,并且采用注入锁相方法对现有的c波段磁控管进行了锁相实验验证,研制出频率、相位、幅度可调的高稳定度磁控管微波源,并结合实验分析了系统的性能指标。     

S波段15 kW连续波磁控管注入锁频实验研究

注入锁频是磁控管相干功率合成的基础,本文开展了15 kW磁控管的注入锁频实验,研究了注入微波功率与可牵引带宽之间的关系。实现了15 kW磁控管注入锁频,分析了不同注入功率下磁控管可牵引带宽。实验结果表明,磁控管注入锁频牵引带宽随注入功率增大而增加,在165 W注入功率下牵引带宽达到5 MHz。该15 kW磁控管可用于大功率微波相干功率合成,为多支大功率磁控管进行功率合成研究奠定了基础。     

S波段大功率注入锁频磁控管的输出特性

在多路注入锁频大功率连续波磁控管的相干功率合成实验中,输出特性分析有利于提升合成效率。搭建了一款S波段20 kW连续波磁控管注入实验系统,该系统包含幅频可调的微波源和移相器,由磁控管信号发生系统、注入锁定系统以及相位差检测系统3个小系统组成。利用外部注入信号,分别对磁控管输出信号的相位稳定度、频谱和相位噪声进行实验分析,实现了对实际磁控管在外部注入前后的特性分析。其中,相位差波动最小不足4°,最大17°,锁频带宽在2.9~13 MHz之间变化,在偏移频率1 MHz内对相位噪声抑制超过40 dB;并对注入锁频信号与输出信号之间的关系进行了总结,为多路大功率磁控管的功率合成提供理论依据。     

S波段1 kW连续波磁控管拓展注入锁频带宽

注入锁频技术是实现多只磁控管相干功率合成的关键技术。对S波段1 k W连续波磁控管输出信号频谱的改善进行研究,分析了灯丝电流对磁控管输出特性的影响,通过降低灯丝电流使磁控管自由振荡下的输出微波频带宽度由10 MHz降低至300 k Hz。通过提高参考信号的注入功率,有效地拓展了连续波磁控管的注入锁频带宽,最终获得了高达14 MHz的注入锁频带宽。在不同注入功率比的情况下,该连续波磁控管的外观品质因数QE为52~72。     

C波段磁控管注入锁相的实验研究

为了对C波段磁控管进行大功率功率合成,须进行单管锁相研究,本文主要对单管磁控管进行注入锁相实验研究,并讨论了不同注入功率大小对磁控管输出频谱带宽的影响.实验结果表明,通过注入外部信号的方式对C波段磁控管是能够锁相成功的,锁相后输出功率稳定.在实验过程中取得了大量的试验数据,为下一步功率合成实验提供了实验基础.     

基于注入锁相的磁控管微波源系统稳定性研究与测试

基于5.8 GHz磁控管,研制测试了输出功率、频率稳定以及相位可控的大功率微波源系统.磁控管是整个系统的核心器件,由于其具有较高的DC?RF转换效率和功率质量比,选择磁控管作为系统的微波发生器.然而磁控管的输出频率不稳定、相位不可控,因此研究了以注入锁相和DDS+PLL频率合成为关键技术的相位控制系统,以实现对磁控管微波源系统输出信号频率和相位的控制,并测试了微波源系统输出功率、频率的稳定性以及相位控制系统的相位精度.测试显示微波源具有670 W的稳定输出功率,且频率稳定度≤10kHz,相位精度≤±2°.     

基于超高峰值功率发射机技术的微波源研究

为满足更大功率的微波源系统需求,提出了基于超高峰值功率发射机技术的微波源方案。建立了一个200MW 级高功率微波源验证系统,突破了65MW 级高功率速调管发射机小型化设计、200MW 级功率压缩、超大功率相控阵天线和超高峰值功率发射机监控与抗干扰等关键技术,为高功率微波源技术的研究提供了一种新的途径。介绍了微波源的应用现状和特点,阐述了微波源系统的组成、关键技术和具体的解决方案。详细介绍了超大功率发射机改进型调制器的设计,给出了脉冲变压器的仿真波形和电缆的高压电磁特性仿真图。最后对三种微波源方案进行了比较,给出了微波源系统工程化运用的改进建议。     

W波段功率合成技术研究

本文介绍一种利用H面波导裂缝电桥作为功率合成器,对两路W波段实现功率合成的方法,该方法能够减小注锁振荡源之间互耦作用和不稳定性,同时还具有功率平坦度好、合成效率高等特点。实验结果证明该方法可在1GHz的带宽内合成效率大于81%。     

三波段大功率微波源液体冷却系统

介绍了为某三波段大功率微波源设计的液体冷却系统。通过分析冷却系统的要求和设计难点，采用电磁阀控制管路负载，通过检测冷却液温度、流量保证了冷却系统的可靠运行。     

W波段双路相参功率合成技术的研究

提出了一种新颖的功率合成网络--相参式功率合成,实现了W波段的功率合成.该W波段相参功率合成器利用环行器连接的注入锁定放大链作为基本放大单元,H面波导T型结作为3dB功分器网络,采用4只输出功率为75mW左右的IMPATT放大器,最终在中心频率93.23GHz,输出250mW功率,带宽60MHz,合成效率达到80%,直流转换效率10%,证明该方案作为W波段的功率合成是一种行之有效的方法,可为W波段发射机提供更大的功率输出.     

已调信号注入磁控管的仿真研究

为克服磁控管本身固有的频谱较宽、相位噪声大等缺点,注入锁频技术被广泛地应用以获得较稳定的频率和相位差,并有效地降低相位噪声。在以往的注入锁频理论中,外部注入信号通常为一个单频信号,其频率接近磁控管自由振荡频率。而本文将一个幅度调制信号注入磁控管来取代单频信号,此时,磁控管既作为一个振荡器,又作为一个放大器。仿真结果证明,当幅度调制信号的载波频率与磁控管自由振荡频率满足Adler条件时,同样能够实现锁频。此时,磁控管输出信号可以看作为一个包络受外部注入调幅信号控制的被放大的已调信号。在此过程中,实现锁频的同时也实现了信息的传输,有望应用于携能通信中。     

稀疏阵列相干信号功率合成栅基仿真技术

稀疏阵列相干信号功率合成栅基仿真技术包括阵列功率合成数学建模、栅格尺度原则选定及计算机仿真实验设计实现等。文中从多点源稀疏阵列交汇区域相干信号的功率合成原理出发,建立其数学模型,设计了栅基实验流程,并对实验中重要参数栅格尺度的选定原则进行了推算分析,为利用计算机无失真地复现多点源功率合成能量分布规律打下了理论基础。     

清华大学X波段兆瓦级同轴磁控管的研制进展

在过去的十余年中,清华大学加速器实验室致力于X波段同轴磁控管的研发。自2012年成功研制出X波段1.5 MW同轴磁控管(XM-2012)以来,坚持在物理设计、加工工艺和老炼测试等环节进行深入研究,在原有基础上迭代优化出MGT3、MGT4等型号的同轴磁控管,最新样管峰值功率达到1.7 MW以上,与新研发的X波段加速管集成,研制出高稳定性紧凑型加速器系统,剂量率达到800 cGy/min(1 m)以上,达到与S波段加速器系统同等水平;同时对磁控管锁相理论和功率合成进行了大量研究,并在此基础上发展出平行阴极磁控管,将X波段磁控管的输出功率提升到S波段磁控管水平,为进一步拓展X波段高功率磁控管的应用打下了坚实的基础。     

激光相干合成技术研究新动向

介绍了光纤激光器相干合成技术及其进展,指出了互注入锁相是一种被动锁相的新技术,该技术具有合成效率高、相干度高,容易实现多光纤合成和高亮度输出等特点,是一种有前途的大功率相干合成方法。     

级联耦合多路功率合成研究

着重论述了级联耦合方案实现同频多路功率合成的原理，给出了级联耦合电路的数学模型及典型应用举例，并对其优劣特性进行了分析和论述。     

线阵光纤阵列相干合成光束的远场光功率分布

激光相干合成所得光束的远场能量分布直接影响其实际应用。针对基于四芯线阵光纤阵列的激光相干合成研究了远场能量分布。采用高斯分布函数近似描述单模光纤出射光束能量分布,推导合成光束的远场能量分布的一般表达式,用MATLAB进行数值计算,并搭建实际相干合成系统进行测试以验证计算结果。研究结果表明:四芯线性光纤阵列的相干合成光束能量近似高斯分布,横向截面内表现为两两组合所形成的三种周期六种干涉场的叠加。实验结果与理论计算吻合,研究对光纤阵列相干合成光束的远场应用具有指导意义。     

多路光纤激光相干偏振合成技术研究

进行了多路光纤激光相干偏振合成理论和实验研究。基于主动锁相技术实现了4路光纤激光的相位锁定和相干偏振合成输出,合成效率达84.9%,验证了偏振合成向多路多模块发展的可行性,并提出了拓展方案。     

2×2全光纤激光器阵列部分相干合成的实验研究

对22全光纤激光器阵列的部分相干合成进行了实验研究。将四台全光纤激光器阵列分为两组,组内两光纤激光器通过一个对激光波长具有一定反射率的光纤光栅实现腔模互注入相位锁定,而两组激光阵列元之间非相干。四束激光经一个四面直角棱镜反射后尽量接近并实现对称排布。获得两组清晰的干涉条纹, 条纹最大可见度分别约为43 %和38 %。整个激光器阵列在泵浦光总功率为1 624 W时获得925 W高功率部分相干输出。在合成光束占空比为0.54时, 合成光束的光束质量BQ值约为1.95。激光器阵列由全光纤元件组成, 系统结构紧凑, 在长时间的高功率合成实验中, 性能稳定, 没有观察到光热损伤现象。     

Ka波段25W固态功率合成放大器

介绍了一种新型的毫米波波导空间固态高功率合成放大器.该放大器中采用的波导-微带空间功率合成网络,在毫米波频段实现了幅度、相位对称的四路功率分配/合成和波导-微带过渡转换,由此研制的毫米波高功率合成放大器,在29 ～31 GHz范围内,合成效率高于80％,输出功率大于43.4 dBm,并在30～30.6 GHz内高于25...