摘要：为了实现回旋速调管放大器的快速设计,基于经典的回旋管的稳态单模非线性理论方法,开展了回旋速调管放大器的束波作用效率的理论模拟研究。由于单模理论无法匹配回旋速调管放大器的输入腔、中间腔两端的突变边界条件,所以输入腔与中间腔都只能采用给定场法进行求解。回旋速调管的输出腔的功率输出端通常采用缓变结构,这种腔体可以采用单模自洽理论进行求解。对两腔毫米波回旋速调管放大器进行了理论模拟,并与商业粒子模拟软件的结果进行对比,验证了该数值理论模拟方法的有效性。

摘要：强流脉冲电子束源是高功率微波系统的核心部件之一,针对未来应用需求,亟需从绝缘、束流输运和热管理等多个方面提升强流束源技术性能。介绍了国防科技大学在高功率微波源用强流真空电子束源方面的研究进展。针对高功率微波管保真空需求,基于陶瓷金属钎焊,设计并研制了一种强场陶瓷真空界面,耐压大于600 kV、平均绝缘场强达到44 kV/cm、耐受脉宽大于80 ns,重复频率运行稳定;研制了一种基于SiC纳米线的强流电子束源冷阴极,在90 kV/cm的场条件下获得了1.17 kA/cm^2的束流密度,相比传统天鹅绒阴极,SiC纳米线阴极的宏观电稳定性、发射均匀性及运行寿命均得到显著提高;针对相对论返波管,研制基于螺旋水槽型的强流电子束收集极,克服了高比能和低流速的矛盾,耐受热流密度达到10^12 W/m^2,能够满足系统长脉冲、高重复频率运行要求。

摘要：随着高功率微波源频率的提升,腔体尺寸会随着电磁波波长的缩短而减小,从而导致器件功率容量不足,增大了射频击穿、脉冲缩短的风险。为了提升高频器件的功率容量,提出了一种基于TM03模式的低表面场强V波段同轴渡越时间振荡器,通过引入TM03模式的方式在极高频下拓宽腔体的横向尺寸,从而降低表面场强,提升功率容量。为了激励TM03模式并使之成为器件主要工作模式,计算了束波互作用结构的色散曲线及耦合阻抗,通过腔体设计使TM03模式的相速度与电子速度同步并发生换能,从而获得较低的群速度以及较高的耦合阻抗,最终成功在慢波结构中建立起了TM03模式电磁场。随后的粒子模拟仿真表明,在二极管电压400 kV、电流5 kA的条件下,输出微波功率达440 MW,频率为62.25 GHz,转换效率为22%,最大表面场强为1.6 MV/cm。

摘要：为实现模块化相对论速调管放大器功率、频率和相位的在线测量,对紧凑型高定向性高带宽的定向耦合器进行了仿真和实验研究。利用小孔耦合理论和相位叠加原理进行理论分析,设计了一种双孔紧凑型定向耦合器,在此基础上采用主、副波导正交连接,耦合孔沿轴向和角向二维分布的方法,进一步缩短了耦合器的长度。通过电磁仿真对耦合器各参数进行优化,模拟结果表明:当中心频率为10 GHz时,普通双孔定向耦合器对TM01模式的耦合度为−60.68 dB,在250 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度为3.49 cm。改进型定向耦合器对TM01模式的耦合度为−58.1 dB,在300 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度仅为1.8 cm(约0.6λ)。耦合器的冷腔实验测量结果与仿真结果符合较好。

摘要：功分网络用于将HPM分成若干路后馈入移相器、单元天线等,其中过模圆波导到多路矩形波导功分器同时具有模式转换和功率分配功能,需具备高功率容量、高传输效率、低反射等特性。针对Ku波段GW级过模圆波导到8路矩形波导功分器,开展了设计、仿真、研制和小信号测试,建立了功率容量测试平台,对其功率容量进行了考核。小信号测试结果表明,该1分8路功分器,在14.7 GHz±200 MHz范围内,反射系数小于-20 dB,传输系数-9.1 dB左右,端口不平衡度小于0.4 dB;功率容量考核实验表明,该功分器功率容量超过900 MW。

摘要：通过理论计算、数值仿真和实验验证的方法,研究了一台峰值功率数十GW、重复频率5 Hz的重复频率高功率脉冲驱动源,命名为“HEART-50”。该脉冲驱动源由充电电源、初级开关、脉冲形成线、主开关、阻抗变换线,以及假负载构成。首先介绍了HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源整体设计思路;其次,对基于混合液体介质的高功率脉冲形成线和气体介质主开关进行了数值分析,并对其全电路工作能力进行了仿真分析;最后,对研制的HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源进行了实验验证。结果表明,脉冲驱动源能够输出峰值电压520 kV,脉冲宽度约90 ns,脉冲上升沿小于25 ns,重复频率5 Hz的准方波电脉冲,峰值电功率约为25.3 GW,且具有较好的运行稳定性。

摘要：提出了一种伸缩式全金属反射单元,在此基础上设计了一个可用于高功率微波领域的全金属反射阵列波束扫描天线。通过反射单元的上下独立滑动,阵列中每个阵元所接收电磁波的传输路径可改变,从而实现了相控波束扫描。由电磁仿真可知,设计的反射单元能够在10~13 GHz的频带范围内实现0~360°的线性相位调节,且可在15°~40°偏馈条件下相位调节时保持高功率容量。由该型单元组成的中心工作频率为10 GHz的伸缩式全金属反射阵列扫描天线具备90°锥角范围内的二维波束扫描能力,功率容量可达5 GW/m2。同时,在波束扫描过程中,天线增益变化小于3 dB,副瓣电平低于-13 dB,最大口径效率为54.59%。