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°.     

C波段4路磁控管相干功率合成微波源实验研究

针对目前C波段磁控管存在的频率输出不稳定、相位输出随机移动、功率容量的物理限制等一系列问题,设计实现了基于注入锁频和反馈调相技术的C波段4路磁控管相干功率合成微波源。该微波源由三部分构成:4路独立注入锁定的磁控管单元,4路间稳频、锁频、比相的反馈控制单元,测量及显示单元。为更好的对C波段4路磁控管相干功率合成微波源进行研究,在搭建的4路磁控管微波源的平台上,对直流高压源的纹波特性、磁控管的阳极电流、功放的注入功率、4路磁控管之间的相位控制等影响微波源输出特性的相关因素进行了实验研究。最终实现微波源工作带宽:5.788GHz±2MHz;频率稳定度:0.07%;相位调节范围:0°~360°;相位调节精度:±3°;相位噪声:-40dBc/Hz@1kHz;功率合成效率:94.74%;总输出功率>2000W。     

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.     

高精度快响应大功率磁控管微波源的研制

提出一种稳定磁控管微波功率源输出功率的方法。设计了由半桥型开关电源和非可控三相桥式整流器串联组成的高精度快响应的大功率磁控管微波源系统。并结合实验分析了系统的性能指标。     

L 波段磁控管的锁相模拟研究

为了对L 波段磁控管进行锁相合成研究,首先需了解单个磁控管锁相过程,本文采用注入锁相的方式,在磁控管中加入一激励信号,以达到锁相目的。对磁控管的锁相条件进行了讨论及数值分析,利用粒子模拟软件Magic_3D 对锁相过程进行模拟分析。仿真结果表明,L 波段磁控管与注入信号的频率差为0.3MHz,注入电场幅值比为0.248 时能够达到锁相状态,并且锁相功率为19.2KW,效率为70%。     

大功率长寿命连续波磁控管注入锁频技术

在工业生产中加热对象往往体积庞大,微波功率不够高将直接影响加热效果,并严重制约生产规模,远不能满足大规模工业连续生产的需求。简单将多只磁控管作为独立微波源进行非相干功率合成,造成了功率合成效率低、难以消除磁控管之间相互问的干扰。严重影响微波源的工作稳定性和工作寿命,甚至直接损坏微波源。普通连续波磁控管是一种复杂幅相特性微波器件,通常其幅度易受工作条件的影响、频率和相位随机变化、幅度和相位变化相互牵连,使得进行相干功率合成具有相当大的难度。而随着注入锁频技术的引入,注入锁频连续波磁控管将能很好的解决这些问题,可实现真正意义上的相干功率合成,为微波能大规模工业应用开辟广阔的前景。     

高功率微波源功率输出自动控制系统

高功率微波源功率输出控制技术在微波化学领域相当重要。但是，由于产生大功率微波的技术和工艺相当复杂，特别是使用中微波磁控管工作条件的改变会导致输出功率的涨落．若没有完善的控制电路和控制方法要获得比较稳定的功率输出是难以达到的．而在实际应用中我们希望获得稳定的功率输出来使化学反应稳定进行。介绍一种单片机控制系统电路，该电路通过对输出功率进行采样、处理并运用增量式PID技术计算出控制参数，根据控制参数调节磁控管的磁场电流大小，最终达到控制大功率微波源输出功率的目的。该控制电路使功率源的输出功率得到自动控制，并获得了比较稳定的功率输出．     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于磁控管阳极电流检测的负载状态获取技术

完整的微波系统通常配有定向耦合器以及微波功率计来检测反射功率,并以环行器来隔离反射回来的微波,以保护磁控管不被异常工况所损坏,以及实现更有效的加热控制.小功率磁控管因成本问题通常不会配备昂贵的微波反射检测系统以及环行器,在环行器失效以及未使用环行器的小功率微波系统中,磁控管的极易烧毁.为了解决上述问题,通过研究磁控管的...     

两路光纤激光器外腔式互注入锁相实验研究

提出了一种获得相干合成激光输出的新方法。利用45°半透半反分束镜和角锥反射器,通过对两路独立振荡光纤激光器(FL)成功实现外腔式能量相互注入锁相输出,在远场观察到清晰稳定的干涉条纹(可见度约0.5),获得了功率约400mW的相干合成激光输出,功率合成效率接近80%。整个互注入锁相系统中的元件均采用高功率器件,因此本方法可以在更高功率条件下运行。     

Experimental study on an S-band near-field microwave magnetron power transmission system on hundred-watt level

A multi-magnetron microwave source, a metamaterial transmitting antenna, and a large power rectenna array are presented to build a near-field 2.45 GHz microwave power transmission system. The square 1 m² rectenna array consists of sixteen rectennas with 2048 Schottky diodes for large power microwave rectifying. It receives microwave power and converts them into DC power. The design, structure, and measured performance of a unit rectenna as well as the entail rectenna array are presented in detail. The multi-magnetron microwave power source switches between half and full output power levels, i.e. the half-wave and full-wave modes. The transmission antenna is formed by a double-layer metallic hole array, which is applied to combine the output power of each magnetron. The rectenna array DC output power reaches 67.3 W on a 1.2 Ω DC load at a distance of 5.5 m from the transmission antenna. DC output power is affected by the distance, DC load, and the mode of microwave power source. It shows that conventional low power Schottky diodes can be applied to a microwave power transmission system with simple magnetrons to realise large power microwave rectifying.     

30kW连续波磁控管的研制

本文叙述了大功率连续波磁控管的研制成果,该管为2450MHz、大功率、水冷、非包装式、全金属陶瓷结构、固定频率连续波磁控管,该管最大工作效率可达72％,最大连续波输出功率可达30kW,主要用于工业加热和等离子体应用,该管的研制成功为国内微波能应用提供了高效率的微波源。     

微波磁控管功率合成中基于LabWindows/CVI实现移相控制

为实现基于注入锁频磁控管的微波功率合成,提出一种使用虚拟仪器软件控制注入锁频磁控管相位的方法.基于LabWindows/CVI 软件开发的功率合成自动化操作与控制模块,实现注入锁频磁控管的微波功率合成系统的数据采集、分析处理、反馈控制等功能.系统最小移相步进为5.6°,移相范围为-180°-180°,系统处理速度达到ms 量级.实验表明,控制系统工作准确可靠,满足微波磁控管功率合成控制的需求.     

Noise spectrum characteristics of low-noise microwave tubes and solid state devices

In this paper experimental data on the FM and AM noise of low-noise microwave tubes, "solid-state klystrons," and solid-state chains of the types used in Doppler radars are presented. The tube types include magnetrons, klystrons, and triodes. Data on solid-state chains of the type consisting of a VHF crystal-controlled transistor oscillator, followed by a VHF transistor power amplifier, and a varactor frequency multiplier are also presented. The spectral shape of the solid-state chain is shown to differ from those of the microwave tubes and that of the "solid-state klystron." Comparisons are made between the various devices.     

Effects of changes in operating conditions on the phase of a frequency-locked Gunn oscillator in X band

The frequency and phase-locking properties of solid-state microwave oscillators are of current interest in the contexts of phase control of oscillators, and the combining of a number of oscillators to achieve improved output power. A particular case of interest is that of the phased array antenna, in which the dual functions of power combination and beam steering are needed. In the latter case, it may be necessary to have control over the relative phases of a large number of oscillators locked to a common frequency. In a phased array, there is a special need to set the relative phases of the oscillators accurately, and to maintain the accuracy of the settings as parameters such as ambient temperature vary. A number of workers have investigated the frequency-locking properties of negative-resistance oscillators, but no comprehensive study of their phase-locking properties has been reported.     

Computer study of the phase-locking characteristics of the LSA-mode transferred-electron-effect diode oscillator

The phase-locking characteristics of an LSA-mode transferred-electron-effect diode oscillator in a microwave circuit are studied by time domain computer simulations. The fundamental generated power and the fundamental efficiency are plotted as functions of the locking signal power at fundamental frequency, and also as functions of the locking signal power at twice the fundamental frequency.