一种用于波导中传动轴的级联宽带扼流装置

为了抑制波导中引入传动轴导致的微波泄露,保障系统的正常运行,提出了一种级联宽带扼流装置。利用阻抗变换原理分析了级联宽带扼流装置的带宽特性,通过增加介质片的数量提升扼流装置的频带宽度。根据等效波长原理,提高介质片介电常数可缩小扼流装置的体积。通过电磁仿真软件构建扼流装置模型,并分析了介质片数量、介电常数和尺寸对扼流装置性能的影响。仿真结果表明:工作频率为10 GHz时,双层扼流装置的泄露损耗在9.70~10.82 GHz带宽范围内小于-40 dB,相对带宽达到8.2%。最后,采用简化仿真模型进行了实物加工和测试,测试结果证实了仿真结果的正确性,同时验证了该扼流装置的低损耗和宽频带特性。

一步TCVD法制备大面积碳纳米管冷阴极及其场致发射性能研究

本文提出一步热化学气相沉积法(TCVD)热解二茂铁,并直接在硅衬底上制备大面积(1 cm^(2))、高质量碳纳米管(CNTs)场致发射冷阴极阵列的制备工艺.通过调控二茂铁的热解温度(650~1000℃),获得了最佳的二茂铁的碳转化效率以及高结晶度的碳纳米管阵列.研究了不同热解温度下制备的碳纳米管微观形貌及其对场致发射性能的影响机制.场致发射实验测试表明在热解温度850℃条件下制备的碳纳米管冷阴极其开启电场(10μA/cm^(2))和阈值电场(1 mA/cm^(2))分别为1.32 V/μm和2.64 V/μm,最大电流密度为14.51 mA/cm^(2),对应的场增强因子为13267,表现出良好的场发射性能.本文提出的一步制备碳纳米管冷阴极阵列的制备方法无需任何蚀刻气体或光刻图案工艺,该方法安全、经济、可重复性好,在碳纳米管场发射冷阴极领域具有广阔的应用前景.

C波段小型化高功率微波输出窗的设计

为了满足高功率微波系统对微波输出窗高功率容量和紧凑化的应用需求,以传统盒型窗的设计理论为基础,通过优化窗体结构和添加过渡段等手段,设计了一种C波段小型化高功率微波输出窗。通过增大窗体表面积、改变矩形波导-圆波导过渡段的连接方式可提高功率容量并缩小微波输出窗的纵向尺寸;采用“I”型的窗体结构可有效抑制三相点(真空-介质-金属)附近的次级电子倍增效应对输出窗性能的影响。在电磁仿真的基础上采用粒子模拟(Particle-in-Cell)的方法研究了微波输出窗三相点附近的次级电子倍增效应,从微观角度进一步证实了“I”型窗体结构可使三相点位置发生移动,减小三相点发射的电子在窗片表面产生次级电子倍增效应的概率,降低微波输出窗的击穿风险。设计结果表明,微波输出窗在中心频点处的主模反射系数低于0.01,传输效率高于99.9%,功率容量可达47.9 MW。

高功率双层径向线螺旋阵列天线理论分析与数值模拟

研究了一种高功率双层径向线螺旋阵列天线.论文首先介绍该阵列天线的工作原理,然后从工作原理出发,设计中心频率为4.0 GHz的高功率双层径向线螺旋阵列天线,提出并研究了螺旋单元天线的磁耦合馈电,最后用有限元算法软件对阵列天线进行了数值模拟.模拟结果表明:该口径为320mm的天线在中心频率上可获得21.13dBi的增益,口径效率可达72.3%,在-12°≤θ≤12°的范围内轴向轴比值小于1.55;在3.8GHz^4.2GHz的频率范围内增益大于20.68dBi,口径效率大于69%,天线轴向轴比值小于1.7.

集成隔离30 kV全固态层叠Blumlein脉冲发生器

层叠Blumlein脉冲发生器具有灵活紧凑的优点,但由于开关隔离问题没有得到广泛运用。设计了一种集成隔离全固态层叠Blumlein脉冲发生器,利用4绕组共模电感为脉冲形成网络充电、驱动供电和高电压隔离的器件,解决了半导体开关应用于层叠Blumlein脉冲发生器的问题。首先介绍了隔离的原理,设计了包含共模电感和同步光触发隔离组件,以及基于IGBT开关阵列的Blumlein脉冲形成网络,分析了层叠Blumlein脉冲发生器的充放电过程;其次,对设计的Blumlein脉冲形成网络与层叠Blumlein脉冲发生器进行电路仿真;搭建了8级层叠Blumlein脉冲发生器,在匹配负载上实验得到电压30.0 kV、电流604 A、脉宽237 ns的方波脉冲。

基于T形四周期谐振慢波结构的X波段高功率微波产生技术的理论与仿真

优化设计了T形四周期谐振慢波结构,并进行了高频理论分析.利用镜像法将T形波导单元进行脊波导化等效设计,并通过等效电路分析了等效脊波导的高频特性,由此进行T形波导的谐振频率与结构解析理论分析.在此基础上构造了T形四周期谐振慢波结构,对该结构进行色散特性分析,确定谐振模式和频率,得到了模式同步电压范围.最后基于提出的T形周期谐振慢波结构进行对应的相对论扩展互作用辐射源的仿真验证.通过三维粒子仿真模拟分析及优化设计,在448 kV注电压、400 A注电流和0.4 T的均匀轴向磁场条件下,得到了频率为9.8 GHz、平均输出功率71.4 MW的高功率微波,对应电子效率为39.8%.本文提出的以T形波导为单元的新型谐振慢波结构有效地利用较少周期实现高效率、高功率微波产生,为高功率微波科学提供了有效的高频结构的紧凑化方案.

一种新型高功率微波相移器

研究了一种新型高功率微波相移器--同轴插板式相移器,其设计思想为:在同轴波导内插入金属导体板,将同轴波导分为几个扇形截面波导,由于扇形截面波导中传输的TE11模相速度与同轴TEM模的相速度不同,通过改变插入金属板的长度就可以实现相移的调节.设计了中心频率为4 GHz的同轴插板式相移器,并进行了数值模拟验证.结果表明:当相移器同轴波导内半径为2.0 cm,外半径为4.5 cm,相移器总长度为50 cm时,可实现的最大相移量为360°,在3.9～4.1 GHz频率范围内相移器的插入损耗低于0.1 dB.

一种新型同轴TEM-圆波导TE_(11)模式变换器

提出了一种新型同轴插板式模式变换器,可以实现同轴TEM到圆波导TE11模式的变换。介绍了这种模式变换器的工作原理:即通过在同轴波导中沿轴向插入金属板,将同轴TEM模变换成扇形截面波导TE11模,进而利用不同扇形截面波导中的相移改变电场分布的轴对称性,在同轴波导中形成同轴TE11模,最后将同轴TE11模转换为圆波导TE11模式。基于这一原理设计了一个中心频率为3.8GHz的同轴TEM 圆波导TE11模式变换器,并进行了数值模拟。模拟结果表明:这种模式变换器可以承受高功率,中心频率上转换效率为98.5%,转换效率大于90%的带宽超过10%,在3.5～4.1GHz的频率范围内反射损耗低于0.3dB。

同轴插板式TEM——TE_(11)模式转换器的设计与实验研究

介绍了同轴插板式TEM—TE11模式转换器的设计在同轴波导内沿径向插入四块金属板,将同轴TEM模转变为扇形截面波导TE11模,通过控制插板的长度使不同扇形截面波导输出TE11模的相位不同,最后在圆波导内形成TE11模;通过在插板的前端设置角向均匀分布的金属杆,实现了模式转换器的良好匹配。实验测得模式转换器的辐射方向图轴向最大,与数值计算结果吻合良好,表明实验中模式转换器的输出模式与数值计算结果一致,从而验证了同轴插板式模式转换器的可行性。

一种高性能小周期摇摆器

介绍一种高性能小周期摇摆器的设计。采用槽型定位的分离状磁块,实现了磁场的半周期调节,对该摇摆器模型进行的测量表明,当摇摆器的周期λ_w=10mm,磁极间隙δ为5mm时,峰值磁场B_w=0.35T,磁场最大偏差δB_w/B_w<1.25％。

一种新的微型摇摆器

研究了一种新的微型摇摆器结构，给出了其场分布的二维解析公式。理论研究结果表明：该微型摇摆器的场分布具有很好的正弦特性，在３ｍｍ周期，其峰值磁感应强度可望达到５Ｔ。

步进电机控制系统建模及加减速曲线优化

为了优化步进电机开环控制系统,对其加减速曲线的控制性能进行了研究。以步进电机运行原理为基础,建立了两相混合式步进电机开环控制系统仿真模型,设计了一种与电机矩频特性更为符合且可以用于实时在线计算的抛物线型加减速曲线算法,并与典型的匀加减速曲线算法、指数型加减速曲线算法进行了仿真比较分析,最后进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,在相同的控制周期内,抛物线型加减速曲线的最大无失步转动角度有了显著提高,同时其中间过程的位置跟踪误差和平衡位置处的残余振荡误差也较小。抛物线型加减速曲线具有更快速的动态响应能力,已在某相控阵列天线的单元相位控制中得到了应用。

高功率双层径向线螺旋阵列天线实验研究

介绍了高功率双层径向线螺旋阵列天线的模拟优化结果，对按照优化结构尺寸加工的阵列天线进行了实验研究。在实验中，设计了用于连接标准接口和天线输入口的阻抗变换器，对阵列天线辐射特性的测量采用了标准线极化天线比较法。实验结果表明：在3．8～4．2GHz的频率范围内天线增益大于19．7dB。口径效率大于42％，天线轴比小于4dB，驻波系数小于1．6；实验结果与数值计算结果基本一致。

紧凑型可重复运行的高功率纳秒脉冲源

讨论了一种低阻抗、高储能密度、可输出中等高压的百ns脉冲形成技术,其输出波形质量较好;采用磁感应电压叠加技术将该脉冲形成装置输出的中等高压脉冲叠加到应用需求的高电压高功率脉冲。研究表明单个感应模块可在2.8Ω的负载上获得脉冲宽度为220ns,前沿为50ns的中等高压脉冲。

FPGA在多轴步进电机控制器中的应用

提出一种应用现场可编程门阵列(FPGA)实现多轴步进电机控制器的方法。采用IP设计思想,步进电机的运动控制由硬件电路(步进电机IP核)实现,轨迹计算由同一芯片上的微处理器(NiosⅡ软核)实现,从而可以构建多轴步进电机控制器的可编程片上系统(SoPC系统)。利用VHDL硬件描述语言,设计了一种高性能步进电机IP核,并进行了仿真验证。为了验证该IP核的复用性,构建了一个4轴步进电机控制器的SoPC系统。实验结果表明,此系统可对多轴步进电机实现高精确度控制,每轴的运动是相互独立的,并且控制参数在线可编程。基于这种方式构建的系统,扩展方便、可移植性高、具有广泛的适用性,可用于多轴伺服系统的工业领域。

CAN总线应用层协议的研究与实现

在研究CAN协议的原理及应用技术的基础上,为了满足波控系统控制策略的需要,设计了CAN总线应用层协议。该协议对网络信息进行了分类,在CAN2.0B标准基础上重新定义了标识符域,并对数据编码、网络管理机制和物理接口等作了定义。介绍了所开发的基于CAN总线的控制网络。实际运行表明,该协议具有网络负载小、通讯实时性好和可靠性高的特点。

长脉冲强流二极管径向绝缘研究

介绍了一种应用于长脉冲强流二极管的径向绝缘结构。简介了真空表面闪络机理,径向绝缘结构的设计思路。采用锥形绝缘结构,使用计算机模拟静电场分布优化设计了几何结构参数,在脉宽为200ns的脉冲源上进行了实验研究。二极管最高输出电压为750kV,平均绝缘子表面耐电场强度约50kV cm,达到了设计要求。

脉冲形成网络的设计与实验研究

采用陶瓷无感电容器作为储能介质,设计了一种低阻抗高储能密度的中等高压脉冲形成网络。该脉冲形成网络采用无感陶瓷电容器作为储能介质,每一个电容器的容值为1.7 nF。电容器采用相对介电常数较高的钛酸钡作为材料,单个电容器的直径为6 cm、高度为4 cm,该电容器在变压器油中的工作电压可以达到50 kV。实验结果表明,设计的单线型中等高压脉冲形成网络可在1Ω的匹配负载上获得半高宽220 ns,前沿为40 ns的高压脉冲,能很好满足脉冲功率系统小型化的应用要求。实验研究还表明,设计的低阻抗Blum-lein型脉冲形成网络,在工作电压为44 kV时可在2.5Ω的低阻抗负载上获得脉宽230 ns,前沿约为50 ns的脉冲。

36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线功率容量

对36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线的功率容量进行了研究。讨论了真空状态下的微波击穿和真空与大气交界面的微波击穿,以这两种状态下的击穿阈值为依据,论证了阵列天线实现1 GW高功率微波辐射的可行性。采用有限元软件数值模拟了中心频率为4.0 GHz的阵列天线的功率容量,给出了模拟结果并分析了功率容量降低的原因;提出了提高阵列天线功率容量的技术途径。结果表明:改进的高功率双层径向线螺旋阵列天线可以实现1 GW高功率微波的发射。

三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的设计与实验研究

介绍了三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的工作原理，设计并数值模拟了中心频率为4．0GHz的三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线，并对此阵列天线进行了实验研究。实验结果表明：阵列天线在中心频率4．0GHz下，增益为15．3dB，轴向轴比值1．58，驻波比为1．3，口径效率为86％；在3．8～4．2GHz的频率范围内可实现圆极化定向辐射，增益大于14．9dB，轴比值小于1.7，驻波比小于1．6。