Ku波段高功率TM0n-TM01混合模式转换器设计(高功率微波专题组稿)*

由于过模Ku波段高功率微波返波管通常输出TM0n混合模式,在保证较高能量转换效率的条件下,难以同时兼顾其输出模式的纯度,而辐射终端为达到理想发射效果则要求单一模式馈入,这就给输出混合模式微波源的实际应用带来困难。针对这一技术难点,本文提出了一种结构紧凑的TM0n-TM01（n ≤ 3）混合模式转换器的设计方法,可以实现在高功率容量条件下,较宽频带范围内,高效地将TM0n混合模式转换为单一的TM01模,降低了此类高频段HPM源模式纯化设计的难度。     

高功率微波TM01模式移相器

研制了一种新型的TM01模式高功率微波移相器,这种移相器通过两个十字交叉圆极化器结构可以将高功率微波输出相位进行0°~360°的调节。对构成这种移相器的TE11圆极化器及移相器的电磁特性通过电磁仿真软件CST进行了仿真,仿真结果表明此移相器可以对1.75GHz的TM01模式进行0°~360°调节,并且误差不超过1°,在0°~360°调节范围内的传输效率均大于97%,且功率容量大于4.3GW。     

过模慢波结构高频特性

对过模结构在提高功率容量方面的优点进行了理论分析;分别采用解析方法和有限元方法研究了理想无限长过模慢波结构及有限长过模慢波结构色散关系的特点,对比了这两种情况下TM01模色散特性的区别,结果表明两者在纵向波数取值及对应的频率上有所差别,这对于高功率微波器件高频结构的设计有重要的参考价值。     

同轴插板式模式转换器反射特性

同轴插板式模式转换器是一种新型高功率微波TEM-TE11模式转换器。回顾了模式转换器中的模式转换过程,通过分析不同模式转换过程中波导不连续性结构的反射特性,得到了模式转换器总的反射特性。指出不连续性结构将在输入口形成同轴TEM和同轴TE11反射模;通过选择模式转换器的内外径尺寸可以消除TE11反射模;通过在输入口引入匹配金属杆和合理设计内导体末端锥体结构可以减小TEM反射模。     

带渐变过渡型提取结构的Ku波段磁绝缘线振荡器

提出了一种渐变过渡型的微波同轴提取结构,解决了采用传统的均匀同轴提取结构的Ku波段磁绝缘线振荡器中存在的输出模式不纯和TEM模传输效率较低的问题。模拟结果表明,渐变过渡型提取结构实现了微波的高效提取和单一的同轴TEM模输出;过渡后的同轴结构利于支撑杆的设计,满足了同轴TEM模的传输要求。与传统的均匀同轴提取结构相比,渐变过渡型提取结构能够适量提高器件的品质因数,进而加强束波作用,加快微波起振。     

利用行波管放大器产生微波波段拍波实验

介绍了一种先利用初级源进行小功率合成产生微波波段拍波 ,然后再用单只行波管放大器进行功率放大产生较高功率微波波段拍波脉冲的方法 ,目的在于为高功率微波效应研究提供方便、实用的拍波效应源。实验结果显示 :利用单只行波管放大器可以在微波波段产生拍频为 1MHz～几百MHz的拍波 ,并可以调节两个频率分量在总输出中的功率比例 ,实验获取的拍波脉冲输出功率为 2kW ,脉冲重复频率为 10kHz。实践证明 ,这种方法可以满足部分高功率微波拍波效应研究的需要 ,有一定的推广应用价值     

圆波导斜劈形端口辐射器的有限元分析

有限元法(FEM)适用于电磁场的散射、辐射和透射,运用三维有限元法分析了圆波导斜劈形辐射器的辐射场并计算出圆波导内部场分布,用此方法计算了X波段的辐射场,与相关文献进行了比较,结果在主瓣相当一致,分析表明在C波段圆波导TM01模斜劈形辐射器斜切角为30°时,辐射波束偏离轴向27°～42°,增益为11～14dB,可以作为高功率微波的辐射天线。     

轴向提取反馈式虚阴极振荡器的结构设计与特性

为进一步提高虚阴极振荡器输出微波的功率和效率,同时为使其输出微波的频率更加稳定、模式更加单纯,设计了一种轴向提取的反馈式虚阴极振荡器,并利用粒子模拟方法分析了反馈装置对输出微波的影响,得到了一些规律性的认识。模拟结果表明,在相同的运行条件下,与不加反馈装置时的普通虚阴极振荡器相比,这种反馈式虚阴极振荡器的微波输出功率可以提高两倍以上,而且带宽窄、模式纯。     

多波切仑柯夫振荡器的设计

采用相对论全电磁模粒子模拟程序，对多波切仑柯夫振荡器进行了设计，给出了一套结构参数。模拟结果表明：所设计的器件在较宽的运行条件下（Ud＝300～500kV，Ib＝0．45～10kA，τγ＝10～102ns）能产生相干微波，微波频率位于X波段（～10GHz），辐射效率在10％左右，最大输出功率约300MW．     

轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管的粒子模拟

研究了一种轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管,该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过4腔轴向输出的结构设计使得谐振腔结构与矩形输出波导之间形成了较好的过渡,实现了矩形TE10模式的微波输出。与衍射输出相对论磁控管相比,这种结构设计不仅能减小磁控管的轴向和径向的尺寸,使得系统更加紧凑化,而且能在输出波导中获得更加纯净的低阶微波模式。利用粒子模拟软件,初步分析和优化了器件的工作性能。模拟结果表明:当电压为500k V,磁场为0.5T时,该器件的工作频率为2.58GHz,输出功率为1.0GW,功率转换效率达到25.0%。     

高功率微波辐照下抛物面天线的响应特性分析

针对天线响应信号仿真分析中激励源模拟、传播空间等效、仿真精度验证等难点,以典型抛物面天线为研究对象,提出了适用的仿真方案,计算了天线在高功率微波照射下的时频域响应特征。在此基础上,开展相应的响应特性实验,验证了仿真方法的正确性,为高功率微波照射下天线响应特性的研究提供了技术支撑。     

国外高功率微波的研究进展

本文综述了国外高功率微波源的研究进展、讨论了这一技术目前所遇到的主要问题,展望了今后的发展趋势和应用前景。     

受激准分子激光器

自激光器发明以后15年来,人们运用各种介质和激励方法观测了激光器的振荡情况,研究了Q开关、锁模、波长转换、光混合等其它有关技术,并使之逐渐得到广泛应用。就短波长区域的激光器而言,从原有的可见光到红外的激光,利用晶体倍频的方法或者将2个波长进行光混合,就能比较简单地得到2000A～＊以上的紫外光。但是在短波长区域内,堪称高效率、高功率输出的激光器,例如能适应激光核聚变要求的激光器单靠过去的激光介质和频率技术无论如何是不能满足要求的,因而开辟了研制“新型激光器”这一新的领域。     

高功率微波车辆迫停的效应机理分析

通过分析车辆电子控制单元输出的点火开关和燃油喷射信号波形在高功率微波辐射条件下的演变过程，阐明了高功率微波致使车辆发动机熄火的原因。研究结果表明，电子控制单元受到微波辐射扰乱后，点火开关信号发生意外丢失，燃油喷射信号脉冲重复周期迅速缩短，造成发动机气缸内喷入过量燃油，火花塞无法点燃油气混合物，迫使发动机转速下降甚至熄火。通过分析车辆发动机的点火系统工作原理，提出了根据监测车体辐射电磁信号获取车辆易受攻击的敏感频段的试验思路。     

行波提取型同轴渡越时间振荡器模拟

提出了一种行波提取型同轴渡越时间振荡器,器件的提取腔采用了类膜片加载的扩展互作用腔结构,具有束波作用效率高,电子束空间电势能低等优点。提取腔的电场结构为3π/2模,与传统的类π模结构相比,提高了微波群速度,有利于微波能量的提取。通过引入前置反射腔,提高了调制腔的品质因数,显著降低了起振时间。利用数值模拟软件对所设计的器件进行了模拟和优化,在二极管电压530kV,二极管电流12.8kA,外加导引磁场0.7T的条件下,得到了2.41GW的输出功率,微波频率7.76GHz,束波功率转换效率达到35.5%。     

轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管的粒子模拟研究

研究了一种轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管,该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过4腔轴向输出的结构设计使得谐振腔结构与矩形输出波导之间形成了较好的过渡,实现了矩形TE10模式的微波输出。与衍射输出相对论磁控管相比,这种结构设计,不仅能减小磁控管的轴向和径向的尺寸,使得系统更加紧凑化,而且能在输出波导中获得更加纯净的低阶微波模式。利用粒子模拟软件,初步分析和优化了器件的工作性能。模拟结果表明：当电压为500 kV,磁场为0.5 T时,该器件的工作频率为2.58 GHz,输出功率为1.0 GW,功率转换效率达到25.0 %。     

用于高功率微波测量的电磁探针研究

叙述了一种用于高功率微波峰值功率测量的电磁探针的基本原理及结构设计,给出了电磁探针设计的理论数据以及标定方法和标定结果。该探针具有承受微波功率高,密封好,结构简单,使用方便等优点。为高功率微波峰值功率测量提供了一种有效实用的技术手段     

微波反馈调制型虚阴极振荡器的粒子模拟

用三维全电磁PIC方法对一种利用反馈微波信号调制入射电子束的新型虚阴极振荡器进行了粒子模拟研究。在外加450kV电压的自洽发射状态下,得到的微波峰值输出功率可达数百兆瓦,微波主频位于C波段,瞬时峰值效率≥5％,主模式为TE10模,与试验结果符合较好。     

高功率微波弹的杀伤效果分析与仿真

根据高功率微波弹微波脉冲的攻击入射角,给出了高功率微波弹杀伤区域模型,结合高功率微波损坏和干扰电子元器件的能量阈值,提出了高功率微波弹对目标的失效区、干扰区及安全区的概念,并建立相应的数学模型进行了仿真分析,为高功率微波弹攻击参数的设定及实际的作战运用提供了理论依据。     

高功率微波武器作战效能建模及仿真

为满足未来战争的需求,从高功率微波武器的作战原理出发,建立了高功率微波武器的作战模型.结合现有技术水平,分别对高功率微波武器关于电子设备和指挥操作人员的损伤距离进行了计算和仿真,验证了高功率微波武器在高技术局部战争中遂行战役任务的有效性.