S波段相对论速调管放大器同轴输出腔的数值模拟

介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)同轴输出腔内束波转换效率和腔主要参数的计算、微波提取的粒子模拟和优化以及实验。模拟计算时,采用单间隙的同轴输出腔,束压580 kV、束流4 kA的环行电子束,基波调制深度为80%,利用3维粒子程序得到约500 MW的微波输出功率,效率21.5%。将该模拟结果应用于实验的设计,实验中采用束压550 kV、束流4 kA的电子束得到功率500 MW、脉宽120 ns的输出微波,束波转换效率22.7%,实验结果与模拟结果吻合较好。

大耦合孔同轴输出腔的3维解析分析

在高功率微波器件中,通常采用大耦合孔的同轴微波输出腔,该腔为3维结构。采用场等效原理将腔体、耦合孔及其输出负载(行波边界)进行分区,每个区域中的场由界面上的磁流密度决定。采用格林函数积分法可得每个区域中的3维场,再由各个区域的场匹配方程求得腔体的谐振频率、特性阻抗、有载品质因数、模式分布等参数。为腔体的计算和设计提供一种计算模型。

高次模多注速调管同轴输出腔性能改进的研究

该文针对工作在TM310模的多注速调管同轴输出腔中工作模式的场分布均匀性、外观品质因数及其与邻近模式的频率间隔等问题进行了研究,提出了一种带有短路杆和金属环的多注速调管同轴输出腔结构。分析发现,适当设置短路杆和金属环不仅可以使外观品质因数降低,还可以改善工作模式的场分布;而且设置金属环还可以增大TM310模和邻近模式的频率间隔以实现抑制杂模。利用仿真软件对X波段的同轴输出腔进行了模拟计算,计算结果与理论分析一致。在此基础上加工了冷测模型,测试结果表明TM310模与邻近模式的频率间隔均达到了1.2 GHz以上,外观品质因数从507.4降至193.5,工作模式的场分布也变得均匀。

双圈同轴光纤传感器在润滑油介质中的输出特性

针对双圈同轴式光纤(TCCOF)位移传感器用于滑动轴承油膜厚度检测时,由于传播介质为润滑油,传感器输出特性会受到影响,本文根据折射定律分析了传播介质对光纤最大入射角的影响,考虑传播过程中的光损并利用光场的准高斯分布规律建立了润滑油环境下的传感器数学模型,同时通过仿真计算得到了传播介质不同时的传感器输出特性。在此基础上,搭建了相应的传感器标定实验平台进行验证。结果表明:空气中TCCOF传感器的灵敏度为0.691/mm,润滑油中TCCOF传感器的灵敏度为0.464/mm;TCCOF传感器在润滑油测量环境中可减小光功率不同对传感器特性的影响;TCCOF传感器灵敏度随着反射面曲率半径的增大而增大;由于具有对称结构,当反射面为圆柱面时,TCCOF传感器可减小探头周向安装角度对其输出特性的影响。因此,在利用TCCOF传感器进行油膜厚度检测时,必须在相应润滑油环境下及相应的反射面情况下进行传感器标定。

多注速调管TM_(310)模光子晶体谐振腔研究

研究了适用于多注速调管的TM310模光子晶体谐振腔,发现在此类谐振腔的缺陷中心放置单层光子晶体结构能抑制与主模临近的杂模。进一步研究发现,为了易于工程实现,在不采用光子晶体谐振腔的前提下,在谐振腔中放置单层光子晶体结构,亦能抑制与主模临近的杂模,并能增大主模与非工作模式的频率间隔。利用HFSS软件对X波段此类谐振腔进行了模拟计算,验证了该方法的有效性。

同轴双输出减速器的键合图模型及仿真

首先分析了两输出轴等速反转的条件;然后通过对传动系统的分析,基于键合图的基本原理建立了同轴双输出减速器的键合图模型,在模型中考虑了平均啮合刚度,转动惯量,阻尼等影响因素,根据键合图中的因果关系和功率流,推导出了键合图模型的状态方程;通过对系统进行动态特性仿真,获得了系统内部各变量随时间变化的规律,揭示了系统的传动性能和动态特性;对比不同参数下两输出轴转速的响应曲线,分析了各参数对系统动态特性的影响;最后建立了同轴双输出减速器的简化模型,进行了虚拟样机实验,并将实验结果和键合图计算结果进行了对比,发现利用键合图理论对该类减速器进行动态仿真是有效的.

X波段相对论速调管放大器同轴双间隙输出腔输出特性

设计了工作在X波段的相对论速调管放大器同轴双间隙输出结构,并采用3维PIC程序对其进行了粒子模拟,分析了输出微波功率随直流渡越角、输出腔品质因数值等相关参数的变化,对输出腔体结构进行了优化设计。模拟结果表明:同轴双间隙输出结构可以降低束流的势能,增加束流与腔体的作用时间,提高速调管的微波提取效率。模拟中采用束压600kV、束流5kA、调制深度100%和峰值频率9.37GHz的电子束以及1T的轴向引导磁场强度,得到了周期平均功率1.2GW、峰值频率9.37GHz、效率40%的微波输出。

L波段多注速调管同轴线滤波器宽带输出回路的研究和设计

该文设计了一个相对工作带宽超过14％、可用于L波段多注速调管的宽带输出回路—四耦合槽π模强耦合双间隙腔加载同轴线滤波器,并对其进行详细地分析和计算。研究结果表明,在较低频率波段宽带速调管中,采用同轴线滤波器的宽带输出回路是完全可行的,并且具有更大的输出带宽潜力和较小的体积,特别有利于整管的小型化。

双输出函数发生机构类型综合

运用机构型综合理论,在列出作为脉动式无级变速器主传动机构全部结构型式方案的基础上,针对目前单输出函数发生机构的缺点和脉动式无级变速器的工作特点,通过对Watt型和Stephenson型六杆运动链的宏观运动及动力学特性的分析,提出了双输出函数发生机构的选型原则,并以Stephenson型六杆运动链为雏形构建了同轴式全铰链双输出函数发生机构的方案。实践表明,该方案不仅有丰富、可调的函数发生规律,同时尺度参数的可综合性较强。

L波段10MW同轴腔多注速调管双端口输出系统的研究

该文对L波段10 MW多注速调管输出系统开展了模拟和实验研究。计算分析了新型双端口6注同轴输出腔谐振频率、品质因数、特性阻抗等高频参数;设计了扁波导耦合输出窗,在波导内设置金属杆以调节阻抗匹配,使输出窗在工作频点1.3 GHz的驻波比计算值小于1.01,驻波比1.2以下带宽为100 MHz;加工了输出系统实物,开展了冷测实验,实验值与设计值吻合良好;利用PIC软件对输出系统注-波互作用特性进行了计算,获得了大于10 MW的输出功率,计算注-波转换效率大于65%。

矩形π-TM_(310)模双间隙腔加载同轴滤波器型宽带输出电路的实验研究

本文详细介绍了矩形π-TM310模双间隙腔同轴滤波器型输出电路的实验研究过程,以及针对一些关键技术难点所采取的改进措施.测试数据显示,矩形π-TM310模双间隙腔与输出同轴线的耦合强度适中,其外观品质因数30左右,在加载同轴线之后各个电子注孔特性阻抗的均匀度仍然较好;矩形π-TM310模双间隙腔同轴滤波器型输出电路的输出频带较宽,在X波段有800MHz带宽,而且相频特性很好.这些测试数据与模拟计算结果一致,验证了关于矩形π-TM310模双间隙腔同轴线宽带输出电路的理论研究结论的正确性.此项实验研究结果充分说明,矩形π-TM310模双间隙腔同轴滤波器型输出电路有利于提高X波段大功率多注率速调管的效率和带宽,并且应用于实际研制工程也确实可行.

矩形π-TM310双间隙腔加载同轴滤波器型宽带输出电路研究

本文提出了矩形π-TM310双间隙腔加载同轴滤波器型宽带输出电路,并对其可行性进行了论证,对高次模双间隙腔中非工作模式的干扰程度和同轴线输出电路的功率容限等重要问题做了定量分析.我们通过调整矩形双间隙腔的长宽比例并采用凹入结构,明显扩大了π-TM310模与相邻非工作模的频率间隔,有效抑制了非工作模式的干扰;又采用了非常规的电子注孔布局,使各个电子注孔的特性阻抗更均匀,而且在加载同轴滤波器之后仍然很均匀.研究结果表明,经过优化设计的矩形π-TM310双间隙腔加载同轴滤波器型输出电路具有很宽的输出频带,在X波段相对带宽达到14%左右.但由于π模双间隙腔与同轴线的耦合口较小,而且该处还有短路销钉,导致其输出功率容限较低,约为几百kW.因此,该类输出电路比较适合于X波段或更高频段的中功率宽带多注速调管.

3-节滤波器型π-模双间隙腔加载同轴-矩形波导输出电路研究

该文提出了一种适合于低频段中等功率的宽带速调管的新型3-节滤波器型输出电路—π-模双间隙腔加载同轴-矩形波导输出电路,并对输出电路的性能以及各部分结构对输出腔间隙阻抗的影响规律进行详细研究。研究结果表明,同轴-矩形波导混合型输出电路不仅克服了低频段宽带速调管中输出波导尺寸太大而影响聚焦系统的困难,有利于提高电子注通过率和整管效率,同时还具有很好的输出带宽潜力和良好的高功率承受能力。

适合于低波段宽带多注速调管的四耦合槽π模强耦合双间隙输出腔的设计和讨论

该文设计了一种适合应用于低波段宽带多注速调管的四耦合槽π模强耦合双间隙输出腔,并对其独特的优点做了详细的分析和讨论。

225GHz回旋管同轴输出结构的数值模拟

在225 GHz回旋管同轴输出腔结构特性的基础上,采用三维电磁软件给出了输出腔后同轴输出结构的设计。数值模拟了内轴不同半径和截断长度对传输效率和带宽的影响,并由此设计出中心频率225 GHz、传输效率为96.2%、带宽接近4GHz的同轴输出结构。

同轴虚阴极振荡器微波输出模式

为深入理解同轴虚阴极振荡器的工作原理,结合同轴虚阴极振荡器的实验结果,通过理论和数值模拟分析了同轴虚阴极振荡器微波输出模式．分析结果与在远场条件下的通过实验获得的天线辐射方向图对比．研究结果表明,同轴虚阴极振荡器输出微波由TM01模式和TE11模式共同组成,其中TM01模式所占比例约为66％- 75％,TE11模式所占比例约为25％-34％．

同轴相对论返波管中波束作用过程

根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过优化设计,利用500 keV,4.0 kA电子束流,微波起振时间为7 ns,输出效率大于38%,与以往数值模拟和实验结果符合较好。根据计算结果进一步分析得到,与空心相对论返波管相比,同轴相对论返波管中空间电荷效应的影响较小。

单光束叠加脉冲Nd∶YAG激光器的研究

在使用叠加脉冲方式进行激光打孔时,为了在一台激光器上实现大能量的长脉冲与高峰值的短脉冲激光叠加输出,采用同一工作物质不同增益区域来分别获得两种特性的脉冲激光同轴叠加输出的方法、在单台激光器上获得了两种脉冲激光的叠加输出。结果表明,在双氙灯脉冲抽运Nd∶YAG激光器中,腔长840mm、使用双平-平腔结构、工作物质长度150mm的情况下,采用高电阻率的磷酸钛氧钾电光Q开关对中心光束进行调Q,得到了脉宽10ms的长脉冲与63ns窄脉宽脉冲序列的稳定叠加脉冲输出,在抽运频率9Hz的情况下,最高得到了93.4W的平均功率,叠加脉冲包络能量10.4J,峰值功率46.7k W。此结果说明输出的叠加脉冲激光可以很好地满足激光打孔的需求。

Ka波段行波管带内谐振尖峰问题的仿真与优化

针对Ka波段空间行波管进一步扩展的工作频带需求,在工作带宽内出现谐振峰振荡的现象,通过对行波管输出系统中同轴波导转换结构的传输线理论分析和CST软件仿真,确定了工作带宽高端出现的驻波比的谐振尖峰是由此结构激励高次模TE_(11)引起的,优化了结构参数,将带内尖峰移除工作频带外,避免了驻波、增益平坦度以及群时延等关键频域指标影响宽带信号失真的问题。

脉冲同轴输出装置双锥支撑结构的设计与分析

为保证脉冲同轴输出装置的绝缘性、结构稳定性及工程可实现性,本文提出了一种双锥支撑结构,建立了该结构的简化动力学模型,推导了径向临界稳定力的理论计算公式,并进行了有限元仿真分析。结果表明,双锥支撑结构的径向临界稳定力与绝缘距离成反比,径向临界稳定力仿真值与理论值的相对偏差小于6%,验证了简化动力学模型的正确性,可以根据该模型及沿面绝缘距离要求,进行双锥支撑结构设计。与传统平板式支撑结构相比,双锥支撑结构具有同轴可实现性强、沿面绝缘距离长及工程易实现等优点。