轴向提取矩形波导TE_(10)模虚阴极振荡器

轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器可以不需要模式转换器或弯曲过渡波导而直接通过天线轴向辐射微波,从而使微波源及其辐射系统更加紧凑。粒子模拟结果表明,在400 keV,8.9 kA的束流条件下,轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器在2.12 GHz处可以获得功率为500 MW的高功率微波输出,功率效率为14%,频率、模式纯净。这些结果为相同波段同类装置的小型化提供了一条可能的技术途径。

带状电子束的空间电荷场

利用理论分析和数值计算的方法研究了矩形波导内均匀电流密度的带状电子束模型的空间电荷场,给出了该带状电子束模型的空间电荷场的解析表达式,并研究了空间电荷场随带状电子束的几何参数和物理参数的变化规律。研究表明:在不改变电流密度的前提下,更宽的电子束可以传输更强的束流,而空间电荷场并不随束宽度的增大而增大,但是增加电子束厚度会使空间电荷场显著增强,从而不利于高流强电子束的传输;对于相同电流的带状电子束,保持电子束厚度不变,增大电子束宽度,相应地降低电流密度是降低空间电荷场的一个很好的途径,而保持电子束的宽度不变,增大束厚度,相应地降低电流密度只会使沿着电子束截面宽度方向的电场减小,而沿着电子束截面厚度方向的电场基本不变;对于相同电流和电流密度的带状电子束,更宽、更薄的电子束横截面尺寸能使沿着电子束截面宽度方向的电场降到更低,而沿着电子束截面厚度方向的电场只是略有减小。

周期会切磁场聚焦强流相对论带状电子束的理论分析和粒子模拟

对低幅值、短周期、有偏置磁极的周期会切磁场中300 keV,3 kA带状电子束的传输进行了理论分析和粒子模拟。给出了将波导宽度考虑在内的轴向均匀带状电子束的空间电荷场和作用在有限厚度的带状电子束的短边和宽边上的聚焦力的表达式,并利用束匹配的方法得到了磁场的幅值和周期,以及电子束通道的宽度和高度等参数。最后根据理论计算的结果进行了3维粒子模拟验证,结果表明:束宽边上聚焦良好,而在短边上带状电子束的轴向有限长效应使得聚焦力与散焦力沿轴向不能完全匹配,在束包络上产生了Betatron振荡,但在300 mm的距离上传输效率仍能达到98%以上,说明有偏置磁极的周期会切磁场聚焦强流带状电子束在理论上是可行的。

利用偏置磁极周期会切磁铁产生边聚焦场

利用理论分析和数值计算的方法,研究了偏置磁极周期会切磁铁产生的、可用于带状电子束宽边聚焦的边聚焦场。结果表明:增加偏置长度,减小电子束通道宽度,增大磁极轴向长度可以在基本不改变边聚焦场在x方向上分布特性的前提下提高幅值;增大电子束通道的高度,增大磁极厚度均可以减小边聚焦场在x方向上分布曲线的曲率,但同时其幅值也会降低,该降低可利用前述方法予以补偿。在对带状电子束宽边聚焦进行束匹配时,可以先进行曲率匹配,再进行幅值匹配。在进行参数选择时,应合理选择束通道高度和磁极厚度的取值,以避免束通道内的边聚焦场在x方向上的分布出现曲率反向。

利用空气芯电磁铁产生周期会切磁场

给出了一种利用薄金属带构造的、能够产生周期会切磁场的空气芯电磁铁的设计方案,研究了该类型电磁铁产生周期会切磁场的规律。结果表明,通过增加电磁铁的周期长度,减小电子束通道的高度,或在金属带自身的电阻性发热所能承受的范围内增大金属带上传输电流的线密度,都可以提高电磁铁的励磁强度。增加电磁铁的周期长度,还可以提高周期磁场轴向分布的均匀性。

L波段同轴相对论返波振荡器导引磁场设计

设计了一个用于为L波段同轴相对论返波振荡器提供导引磁场的双线绕制、分段磁场线圈系统。根据粒子模拟中对磁场的要求和实验室已有的条件来确定磁场的各参数,通过数学软件Mathcad和全电磁粒子模拟程序Karat对设计出的轴向磁场位形进行验证。采用基于Hall效应的Tesla计对加工好的磁场线圈产生轴向磁场空间分布进行了测量,同时利用电子束轰击尼龙靶来考察电子束被导引的效果。利用绕制好的磁场线圈开展了初步实验研究,在二极管电压655kV,电子束流为10.4kA,导引磁场0.7T的条件下,输出微波峰值功率约为864MW,微波波形半高宽为23ns,功率转换效率约为12.7%,频率1.61GHz。

微波脉冲对硅基双极型晶体管的损伤特性

利用微波脉冲注入实验平台,对硅基双极型晶体管低噪声放大器进行了损伤效应实验。在微波脉冲对硅基双极型晶体管低噪声放大器损伤的失效分析中,当低噪声放大器增益下降大于10d B时,发现硅基双极型晶体管出现了永久损伤。通过对比测量硅基双极型晶体管损伤前后的电特性以及利用扫描电子显微镜观测损伤后晶体管的微观特性发现:硅基双极型晶体管被微波脉冲损伤后,基区的硅材料烧蚀导致发射结和集电结短路,不再具有PN结特性,导致器件失效。

带状束高功率微波源宽通带收集极

设计了一种适用于带状电子束高功率微波源的宽通带收集极,在有效吸收束-波相互作用后的带状电子束的同时,保证了带状电子束高功率微波源的工作模式——矩形波导TM11模式高效率地通过.研究结果表明：在13～27 GHz范围内,功率传输效率大于95％,这一宽通带特性使得该类型的收集极与带状电子束高功率微波源能够更好配合,显著提高了微波源的模拟优化和实验调试效率;TM11模式微波的传输效率对收集极厚度和长度等参数不敏感;该类型收集极结构具有良好的散热能力,在不加外部水冷装置的条件下,仅靠空气自然对流冷却和辐射冷却,可以承受电流3 kA、电压300 kV、脉冲宽度30 ns及重复频率50 Hz带状电子束的连续冲击.

建筑物对微波脉冲响应仿真与实验

建立了微波脉冲在建筑物内传播、反射及透射过程的3维仿真模型,提取了空间电场时域最大值进行统计分析。分析表明:不同入射角窄带调制方波脉冲激励下,场增强区域大小与微波通过窗户和门能直接照射到的区域大小呈正比,窗户的大小对建筑物内空间场强增强区域的大小有显著影响;同时在微波脉冲的传播方向上,窗沿后的区域场强幅值明显减小;脉冲宽度对建筑物内空间场强增强区域的大小及空间场强最大值影响很小;无上升下降沿的窄带调制方波脉冲激励下,空间电场叠加增强效应更强。测量了微波脉冲辐照下,建筑物内空间功率密度分布,验证了仿真结果。

矩形波导TM_(11)-TE_(10)模式转换器的初步设计

设计了一种矩形波导隔断插板式TM11-TE10模式转换器。其结构是在矩形波导横截面窄边的中部,平行于横截面宽边插入一块金属平板,将其等分为上下两个矩形波导,将TM11模式转换为分别位于上下两个矩形波导内相位相反的TE10模式。然后分别在上下两个矩形波导内,平行于窄边等间距地插入一组金属薄板。TE10模式微波经过轴向长度差为合适值的上下两组插板后,相移差变为180°,使原本相位相反的TE10模式转为同向,最后通过阻抗渐变合成单个波导的TE10模式。该模式转换器可与带状电子束高功率微波源共轴,其横向最大尺寸可与带状电子束高功率微波源矩形输出口保持一致,轴向长度较短,结构简单、紧凑。利用有限元算法仿真软件,对该设计方案进行了验证和初步优化设计。初步的设计结果表明:当相对带宽为10%时,TM11至TE10模式的转换效率大于-0.45 dB,可满足带状电子束高功率微波源对输出结构的设计要求。

S波段可调谐轴向输出相对论磁控管的粒子模拟

研究了一种能同时实现S波段频率可调谐和微波轴向输出的相对论磁控管,该管采用10腔旭日型谐振腔结构和改进型轴向输出结构。利用高频场分析软件与粒子模拟软件,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350kV,磁场为0.3T时,在20%相对带宽(约700 MHz)内输出功率大于530MW,功率转换效率大于20%,功率转换效率最高达到40.19%。

双梳慢波结构特性研究

本文基于双梳慢波结构的色散关系式,详细分析和讨论了电场正反对称模式的色散特性,并研究了慢波空占比、波导高度以及慢波深度对色散特性的影响。通过对正反对称模式受各参数影响规律的对比,得出只有在减少波导高度的同时保持慢波深度不减小,才能增大正反对称模式之间的频率隔离度。

用于无线Mesh通信的宽带线性功放模块设计

针对单频点工作的无线Mesh通信系统在复杂空间电磁环境下,工作频点被占用或干扰时导致无法使用的问题,设计一种工作在(1~1.5)GHz的宽带射频线性功放模块,该模块可应用于宽带无线Mesh通信系统。在(1~1.5)GHz频带内采用6个单频点对该功放模块的驱动放大器和末级功率放大器仿真设计和模块测试。测试结果表明:①(1~1.5)GHz工作频带内,任意单频载波增益≥20 dB,输出P1dB≥43 dBm,支持射频信号峰均比(PAR)≥6 dB;②采用64QAM,20 MHz的数字射频信号输出37 dBm时,ACPR小于-34 dBc,直流功耗≤40 W;③2~4次谐波≤-50 dBc。

微波消融技术进展综述

微波消融治疗技术具有微创、痛苦小、操作简便、可反复施行、疗效确切等优点,为肿瘤治疗提供了一种新途径,成为当前研究热点,在理论研究、实验研究和临床应用方面得到了广泛的关注。本文就首先阐述了微波消融机理,讨论微波消融的温度场、微波参数影响及消融天线设计等关键技术的研究进展,对微波消融在肺癌、肝癌、肾癌、子宫肌瘤、甲状腺癌等方面的临床应用研究现状进行了综述,最后讨论了微波消融技术面临的主要问题及发展方向。

声对抗与声探测团队对抗演练式本科毕业设计平台研究

根据军事指挥类本科毕业设计模式的改革要求,着眼未来战争复合军事人才的培养,拟提高军事指挥类学员熟练掌握声对抗与声探测技术战略战法的能力,以声学领域为技术背景,初步研究了以声对抗和声探测为技术背景下的团队对抗演练式本科毕业设计平台,为改进和提高本科毕业设计指导和实施工作提供参考。

一种高滚降宽阻带低通微带滤波器

普通的阶梯阻抗低通滤波器滚降系数一般低于80 dB/GHz,阻带抑制小于20 dB,使其应用受到较大限制;文中首先从理论上分析并设计了具有宽阻带优势的阶梯阻抗滤波器,然后引入扇形短截线结构提高滚降系数,设计了一款通带为0~6 GHz的高滚降宽阻带的微带低通滤波器。利用ADS和HFSS分别对滤波器进行了建模、仿真和优化;最后采用RO4003板材加工并对实物进行了测试。测试结果显示,所设计的滤波器3 dB截止频率为6.02 GHz,滚降系数为123 dB/GHz,阻带6.24~20 GHz,阻带抑制大于30 dB。

一种紧凑型大功率微波固态源

传统的微波源主要由行波管、磁控管、返波管等电真空器件实现,但因其工作电压高、功耗大、体积大,导致在使用安全性、利用效率和便携性等方面存在不足。而微波固态源由于具有效率高、谐波抑制性能好、稳定性高等优点,正逐步替代传统微波源,有着很好的发展空间。设计了一种紧凑型大功率微波固态源,采用锁相环作为信源,通过三级功放级联对微波信号进行逐级放大,最终输出频率为915 MHz、功率为300 W的微波信号。测试结果表明该固态源的工作效率≥70%,二次谐波抑制≤-40 dBc,三次谐波抑制≤-50 dBc。该设计在微波加热和解冻等方面具有很好的应用前景。

一种新型宽带双频段圆极化RFID读写天线

提出了一种新型宽带双频圆极化射频识别(RFID)读写天线,由上层的旋转对称折合振子和缝隙加载的方形贴片以及下层的紧凑型馈电网络构成。天线具有两个外部端口,分别激励低频0.9 GHz和高频2.45 GHz双频段的圆极化辐射。借助HFSS对天线进行了建模、仿真和优化,最后采用FR4板材制作天线实物并完成了试验测试。天线的外部尺寸为0.6λ0×0.6λ0×0.1λ0(λ0为0.9 GHz频点下的自由空间波长),测试结果表明,天线在低频段和高频段的-10 dB阻抗带宽和3dB轴比带宽分别为91.1%(4.9%)和87.8%(1.3%),频段内的峰值增益为5.48 dBic(3.63 dBic),最小轴比为1.1 dB(1.2 dB),在高低频段内,天线的辐射方向图对称稳定。该天线不仅能够满足全球通用型UHF频段(0.84~0.96 GHz)和ISM频段(2.4~2.5 GHz)RFID读写应用需求,而且具有低成本、易加工等优点,在物联网领域将具有很好的应用前景。

轴向输出线极化TE_(11)同轴波导模式相对论磁控管的粒子模拟研究

提出了一种用于相对论磁控管(RM)中轴向输出线极化TE_(11)同轴波导模式的新型输出结构。该器件采用10谐振腔结构并工作在π模式上,通过合理设计谐振腔结构与输出同轴波导之间的微波提取结构,模拟实现了线极化TE_(11)同轴波导模式的微波输出。与传统全腔提取结构相比,该新型输出结构,不仅能更容易地实现线极化TE_(11)同轴波导模式的微波输出,而且在此基础上能更容易地实现更高频段RM的设计。粒子模拟结果表明:当电压为220kV,磁场为0.4T时,该器件的工作频率为4.38GHz,输出功率为208 MW,功率转换效率达到46.6%。

微波对固体培养基灭菌的研究

自新冠肺炎疫情爆发以来,各行各业对消毒灭菌的要求越来越高,因此开展微波灭菌技术的研究意义重大。传统的微波灭菌技术中由于固体培养基存在受热不均匀的问题,导致出现灭菌"冷点",灭菌时间过长。文章首先对微波辐射腔的电场分布特性和固体培养基的温度分布特性进行了仿真研究。研究结果表明:微波辐射腔内的电场分布呈现馈源较近区域内场强大于较远区域内场强的特点,固体培养基的温度呈现出四周高于中心位置的特征。然后采用在辐射腔内添加搅拌器的措施,有效改善了腔体内部的电场分布和培养基的温度分布特性。最后通过微波灭菌试验证明了搅拌器能显著改善微波灭菌中的受热不均匀问题,提高了灭菌率。