无线输电技术的应用前景

无线输电由微波源或激光器、发射与接收天线、微波或激光整流器等组成,其中最关键的是把微波或激光束的能量转变为直流电的整流器。这是一种新的、非传统的输电方法,一般应用于特殊场合,如低轨道军用卫星、天基定向能武器、微波飞机、卫星太阳能电站等许多新的、意义重大的科技领域,具有美好的发展前景。

虚阴极振荡激励高功率微波的数值模拟

模拟了轴对称虚阴极振荡器产生微波的过程。根据实验装置的特点,建立了理想的物理模型。从物理学的基本规律出发,用CIC方法编制了二维空间、三个动量分量的2 1/2维、全电磁、相对论性的数值模拟程序。选择柱状电子束进行模拟,获得了正确的计算结果和清晰的物理图象,并对计算结果作了分析。

卫星太阳能电站教学演示系统

介绍了自制的卫星太阳能电站教学演示系统,根据已制作成功的X波段小功率微波输电实验模型,介绍了人造太阳光源(氙气灯和微波硫灯)的工作原理和发光特性;给出了部分市售太阳能电池板的技术参数和选择原则;说明了简易耿氏振荡器的组成和实验应注意的问题;分析了喇叭天线菲涅耳区的场分布,并测量了相应的传输效率;解释了微波二极管的整流机理,总结了国产硅点接触微波二极管整流的实验结果,指出了二极管使用的注意事项．

快回旋电子束波微波整流器及其应用

文章描述了把微波能量转变为直流电的回旋波整流器的结构和工作原理;分析了它在卫星太阳能电站等大功率无线输电工程应用中的优点,并与一般用于无线输电技术原理性演示和小功率输电的肖特基势垒二极管整流方法进行了比较;回顾分析了它的发展历史和研究现状;指出了今后需要进一步深化创新的有关问题;讨论了在卫星太阳能电站地面接收整流天线阵和其它电力工程中的应用前景;最后表达了作者自己的一点想法和希望。回旋波整流器从最早的理论研究、计算机模拟和实验室试品到现在准实用型的产品,已经受了30余年的漫长历程,其外观、性能正在逐步得到改进。将来高可靠性整流器的优化参数为:输入微波频率范围1GHz～10GHz,带宽0.5%～5%,输出电压高至100kV,输出功率大到100kW,微波整流效率85%～90%。

无线输电技术与卫星太阳能电站的发展前景

文章简要叙述了无线输电和卫星太阳能电站的概念,特别强调了无线输电技术和建造卫星太阳能电站的科学技术意义和深远的战略意义;扼要介绍分析了国外在该领域的研究进展;概括叙述了建造卫星太阳能电站的技术经济性及科技界共同关心的几个问题;充分肯定了它的科学技术研究价值、应用前景和未来所带来的巨大的社会经济效益。

电子束横波器件原理及应用

几十年前,前苏联成功研制了一系列电子束横波器件,其主要优点是线性、高效率和自保护。这些器件已在微波输电、雷达和通信中获得应用。文章对它们的结构、工作原理和技术参数等进行简要介绍。

双束旁射虚阴极振荡器的粒子模拟

提出了虚阴极振荡器（Ｖｉｒｃａｔｏｒ）一种新的物理模型，用自己编写的两维半、全电磁、相对论性的粒子模拟程序ＷＧＣＦ模拟了两个对称虚阴极互相耦合振荡产生高功率微波（ＨＰＭ）的物理过程，激发的柱面波横向３６０°引出。通过大量的计算（包括单束情况）表明：（１）极距ｄ不变时，无论双束还是单束，比值Ｊ＿０／Ｊ＿ｃ在１２～２之间效率较高；（２）Ｊ＿０／Ｊ＿ｃ不变时，极距ｄ有一最佳值，大于或小于此值时效率略降低；（３）双束情况输出波型较纯净，无“直流”分量，单束情况却不然；（４）双束时频率增宽；（５）与一维情况不同，Ｊ＿０≈Ｊ＿ｃ时也会发生振荡，但直流成分较大。此外，我们对横向外边界的透射边界条件和辐射功率按模式、频率分布的表达式进行了推导。

等离子体Cherenkov Maser的数值模拟

用2 1/2维、全电磁、相对论性的粒子模拟程序模拟了圆柱状相对论电子束(REB)与相同半径、内充满磁化等离子体的谐振腔相互作用,腔内激发准纵向的电子磁振荡,波长在荡,波长在微波波段,数值模拟结果和线性分析一致。

肖特基二极管整流的计算与测量

提出了改进型的肖特基二极管整流数理模型,用加速迭代法和四阶精度龙格-库塔法编制了计算程序,并结合实验测量得到了整流效率与输入功率、频率和负载等关系曲线:负载一定时,输入功率从零开始增大,整流效率先快速上升,然后上升趋势变缓;输入功率一定时,负载从零开始增大,整流效率先增大后减小,对于某一固定的输入功率,存在着一个最佳负载值;当输入功率和负载都相同时,降低工作频率,整流效率上升。型号为2DV10B的X波段管子在负载为525Ω、输入功率为10 mW、频率为3.2 GHz时获得的整流效率为75.2%;频率为10 GHz时获得50.2%的效率,实验测量结果与理论分析一致。

回旋波微波整流器实验测量及分析

本文根据快回旋电子束波在谐振腔中共振吸收微波能量的原理,首次在我国自主研制成功回旋波整流器实验试品,输出功率接近3W,谐振腔、转换区和收集极的转换效率达到70%以上,工作性能稳定,负载过载时快速自我保护,并在过载消失时能快速自动恢复正常工作。通过本实验的测试,证实了回旋波整流器设计制造的技术可行性,摸清、掌握了其中的关键技术,为进一步研制出1kW量级的器件奠定了基础。

快回旋电子束波吸收微波能量过程的分析与计算

分析了矩形谐振腔中快回旋电子束波共振吸收微波能量的物理机理,编制了跟踪单个电子、用4阶精度龙格-库塔法求解的半自洽程序,并据此计算了微波整流器谐振腔部分的转换效率η和谐振腔输出端电子束动能的离散性。结果表明,当共振条件ωc=ω满足时,电子束非常有效地吸收微波能量,η≈99%;如果要求电子输出动能的离散性小于3%,则电子束的半径应不超过5mm。

基于时域有限差分法的谐振腔分析

用时域有限差分算法处理Cuccia腔圆周边界时,提出了一种圆周边界多边形网格近似处理技巧,与台阶近似相比,提高了计算精度。通过对谐振频率随腔体尺寸变化定性关系的研究,分别得到了谐振频率f=2.5 GHz时的几组Cuccia腔的尺寸,并用微扰法算出了固有品质因数Q0。Cuccia腔在尺寸大小、固有品质因数以及场的均匀性良好。根据优化得到的参数设计制作了Cuccia腔,通过实验测得谐振频率f=2.24 GHz,与计算结果基本相符。

一种超宽带天线的分析设计

研究一种超宽带无加载的TEM喇叭天线。理论推导V形振子天线的远区场,由此得到TEM喇叭天线的特性阻抗变化与反射系数的关系,提出一种超宽带TEM喇叭天线的设计思路。利用电磁仿真软件Ansoft HFSS模拟分析,并设计一种视轴长度10cm的TEM喇叭天线。当输入脉冲宽度2.0ns,测量得到天线带宽为100MHz至600MHz。结果表明此天线不加载,也能具有良好超宽带特性,为TEM喇叭天线的设计和性能评估提供了参考。

微波整流腔的仿真设计与实验

文章设计了一种用于微波电真空二极管6D3D整流的圆柱凹型谐振腔结构;利用微波工作室软件,通过计算机仿真设计,找到了最佳的谐振腔尺寸;制作加工了腔体和耦合装置;实验测量了谐振腔的谐振频率、驻波比和品质因素,测得的谐振频率为2.46GHz,驻波比为1.6,品质因素为1640,测得的频率与计算机模拟结果相当吻合。

一种电子枪分析设计

设计一种大功率轰击型六硼化镧电子枪。以传热学理论基础和重要结论为依据,得出能减小阴极电子枪热量损失的几个设计与材料选取原则。利用有限元法对轰击型六硼化镧电子枪阴极模型进行热模拟。依据模拟结果设计一种轰击型六硼化镧阴极电子枪,其发射面直径为2.0 mm,当加热功率为80.0 W时,阴极温度达到1 569℃所发射电子束束流密度达到5.55 A/cm2,并且发射稳定、束斑均匀、发散度小,反复暴露于大气后仍能正常工作。

基于有限元法的收集极电场的分析

利用有限元法对3种类型收集极的电场问题进行计算分析,比较了相同边界条件不同几何结构腔体对收集极电场分布的影响。计算结果表明半球形腔体可以使电子束较均匀地发散于收集极表面,可以有效减小电子束对收集极局部集中“着陆”。模拟分析为收集极的腔体几何结构方案优化设计提供有效的参考依据。

回旋波保护器输入腔分析与计算

介绍了回旋波保护器的组成和工作过程,以及Cuccia谐振腔的结构优点。建立了电子束的运动方程,并给以合理的假设进行模型简化,得到运动方程在Cuccia谐振腔场情况下的解析解,以此为基础,得到了电子束能量转换最有效的条件(),以及横向位移与电场振幅之间的关系,从而分析出保护器工作机理。

超宽带TEM喇叭天线的研究

研究一种超宽带TEM喇叭天线。提出一种无需加载的超宽带TEM喇叭天线的设计思路,理论推导该天线的远区场,由此得到特性阻抗变化与反射系数的关系。利用电磁仿真软件Ansoft HFSS模拟分析,在此基础上,设计一种视轴长度10cm的此类型TEM喇叭天线。测量得到在100～550MHz天线驻波比小于2.0,结果表明此天线在不加载情况下,通过对其结构进行合理的弯曲设计,也能使其具有良好超宽带特性。