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。

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.

一种带有升压结构的LC充电电源的设计

为使LC谐振充电方案具有更高的升压范围和提高其对供电电压的适应性,采用了一种带有升压结构的电路拓扑,使得LC谐振充电方案具有升压和降压工作能力,同时采用了基于能量实时检测的控制算法,使得该方案能够根据预设参数准确充电和放电,增强了对供电电压波动的适应能力。初步的实验结果表明,在供电电压波动的情况下,该电源能够完成升降压的调节,且最大电压偏差小于5 V。

基于三角形插片结构的紧凑型波导双工器

为满足高功率微波系统功率容量和紧凑化需求,提出了一种新型波导双工器。选用过模波导进行设计以提高功率容量,引入三角形金属插片结构谐振腔设计滤波器并在其间引入波导弯头以实现紧凑化。采用微波网络方法对滤波器进行理论分析并设计了两个工作在X波段的滤波器,选择终端短路法确定T型结尺寸并组成双工器。利用电磁仿真软件建模优化和仿真模拟,并对实物进行测试。仿真与测试结果表明,该波导双工器单通道工作时的功率容量分别大于0.11 GW和0.12 GW,两个通道的传输效率分别大于83.9%和82.4%,通道间隔离度大于20 dB。此外还可以根据需求增加滤波器阶数和引入更多的波导弯头以提高空间利用率。

基于AC-Link的高增益AC-DC变换器拓扑设计及控制算法

以AC-Link^(TM)能量变换的方式为基础,对变换器的拓扑结构和工作模式进行了改进,使谐振电路得以工作在双极性模式下,并基于新拓扑设计了相应的换流时序和控制算法,增强了变换器对三相输入电压波动的适应性,使其具备了理论上任意倍数的升压能力和高输入功率因数。利用Matlab/Simulink搭建了30 kW仿真模型,仿真结果显示,在三相电网输入、变压器变比1∶1及阻性负载的条件下,输出电压达到3 kV,升压能力达到了6倍。这表明该变换器具有大范围输出电压工作的能力。

基于交流链接技术的LLC谐振变换器及控制算法

针对传统LLC谐振电路在电能转换过程中,仍需要先将交流电转换为直流电,再进行直流转换的问题,本文提出一种基于交流链接技术的LLC谐振变换器的拓扑结构及相应的控制方法。该拓扑结构通过变频的控制策略可以实现将三相交流电转换为直流电,且输入电流具有较高的功率因数和较低的谐波电流,输出电压具有较好的调节能力。之后建立了Matlab/Simulink仿真模型,对输入为380 V三相交流电、输出为500 V的1 kW的变换器进行了验证,仿真结果表明该拓扑结构功率因数可以达到0.99,输入电流总谐波为2.31%,输出电压误差小于1%。最后搭建实验样机进行测试,实验结果证明了拓扑结构及控制算法的可行性。

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.

E型波导振荡器反转永磁引导系统初步设计

开展了E型波导振荡器永磁引导系统的物理与设计研究。对强流相对论电子束在理想方波形反转引导磁场中的传输条件进行了理论分析,给出了相对论条件下轴对称复合场中电子束的傍轴轨迹方程和最小引导磁场的计算公式。根据该理论分析,针对C波段E型波导振荡器高频互作用区的结构特点,设计了反转永磁引导系统,同时给出了漂移管内各个磁场分量的表达式。该系统由轴径向磁化空心永磁体组合产生反转引导磁场,永磁体的总质量约为2.5 kg。采用爆炸发射阴极,展示了强流相对论电子束在该引导磁场中的传输特性。研究结果显示,所设计反转永磁引导系统可引导400 kV、580 A的环形电子束稳定通过半径为6 mm的漂移管,带入器件,得到112.5 MW的4.8 GHz微波输出功率,效率为48.49%,确定了反转永磁引导系统应用于E型波导振荡器的技术可能性。

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。