Ka波段绕射辐射振荡器的辐射功率测量

给出了Ka波段相对论绕射辐射振荡器(RDG)的辐射功率测量方法和实验结果。器件采用带反射器两段式过模慢波结构,由于器件的过模结构特点,实验选择用空间积分方法测试辐射功率。在准确标定测量系统的基础上进行了热测实验,得到了辐射模式图和辐射总功率。测试结果表明:微波辐射功率超过300MW,信号脉宽大于10ns,辐射频率介于34～38GHz之间,辐射模式为TM0n模。

绕射辐射振荡器研究

介绍了“绕射辐射振荡器研究”的成果，简述了理论分析、三维计算及设计方法；给出了实验结果并对有关问题进行了讨论。实验管测试的主要参量为：在工作电压２４００～４０００Ｖ；频率范围ｆ＝８４～１０４ＧＨｚ内测得高频振荡，最大输出功率达２００ｍｗ。频率范围ｆ＝６０～８２ＧＨｚ；最大输出功率达１．３Ｗ。同时介绍了这种器件在科学技术中的应用。

相对论绕射辐射振荡器的三维粒子模拟

开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究,并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真,分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响,探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明:合适的漂移段与反射器的引入,能大大提高输出功率。优化结构参数,在输入电压480kV下,平均输出功率达到774.5MW,平均功率效率为32.3%。

双光栅绕射辐射器件谐振腔模式特性研究

对双光栅绕射辐射器件谐振结构中的模式分布规律进行了分析,研究了谐振腔的结构参数对腔内电场分布的影响。结果表明,双光栅绕射辐射器件谐振结构中的电场分布受矩形腔宽度的影响显著。特别是在槽高b=λgroove/2情况,绕射辐射器件谐振模式能分解为球-柱开放腔准TEM与矩形腔中TM模式的叠加表示;在该情况下,a=λ/2是槽宽设计的较合理结果。此外,在谐振结构中加入"四分之一波长变换"结构并不能有效增强矩形腔内的电场强度,反而会对谐振腔的谐振模式及工作频率产生影响。

实验用3mm绕射辐射振荡器

介绍３ｍｍ绕射辐射振荡器的阶段研究成果，简述分析设计步骤、线性理论、三维计算及热测结果。实验管测试的主要参量为：工作电压２４００～４０００Ｖ；频率ｆ＝８４～１０４ＧＨｚ范围内测得高频振荡，最大输出功率达１００ｍＷ。

具有反射器的绕射辐射振荡器的模拟研究

分析了具有反射器的8mm波段相对论绕射辐射振荡器,其高频系统为周期盘荷慢波结构,并且在电子注的输入端加有圆柱形同轴反射器。利用HFSS软件计算S11参数来确定反射器的结构尺寸。对该结构进行了PIC模拟,分析了该结构中注波互作用的非线性过程和反射器对该器件性能的影响。研究发现存在一个最佳反射器的位置,使注波互作用的效率高、频谱好。

双光栅绕射辐射器件中模式竞争问题的研究

对双光栅绕射辐射器件谐振系统的模式竞争特性进行了分析,研究了工作模式的主要竞争模式及其抑制措施。结果表明,双光栅绕射辐射器件工作模式的主要竞争模式为满足开放边界条件的光栅表面慢波模式,而减小电子通道宽度以及合理选择带状电子注的高度能够有效抑制竞争模式的振荡。

双光栅绕射辐射器件谐振系统Q值分析与结构优化

对双光栅绕射辐射器件谐振系统的Q值特性进行了分析,研究了谐振系统结构参数对Q值的影响及其优化措施。结果表明,双光栅绕射辐射器件谐振结构的Q值受矩形槽宽度和球面开放腔长度的影响最为明显。与奥罗管相比,双光栅绕射辐射器件中光栅的引入对Q值的影响要小得多,且光栅齿宽和齿深的增加都会导致谐振系统Q值降低。

短焦距开放腔、反射式绕射辐射器件

一、器件的作用机理绕射辐射振荡器(又称Oroiron或)是基于Smith—Purcell效应,采用开放式谐振腔和绕射光栅作为高频互作用系统的毫米波真空电子器件,它复合调谐频带极宽,有比常规微波管BWO,Klystron高的频率稳定度,优良的频谱特性和低的噪声电平。但从国内外的研究现状看来,这种器件工作效率不高、工作电流偏大。本专题研究反射式绕射辐射器件。

毫米波段高功率绕射辐射振荡器的研究

提出采用大口径、浅褶皱和短周期分段式慢波结构作为高功率毫米波绕射辐射振荡器的高频系统。采用通用理论对器件的色散特性进行了分析,用PIC方法对整体器件进行了模拟。在此基础上,开展了实验研究工作,测试了器件输出微波功率和频率。初步实验结果与理论分析和PIC模拟结果的趋势基本吻合。

高功率毫米波绕射辐射振荡器高频特性研究

讨论了高功率毫米波绕射辐射振荡器的高频特性。利用线性理论和PIC模拟相结合的方法对器件的高频特性进行了比较仔细的分析。分析结果表明,合理地选择电子注的参量(电流、电压)及高频结构的尺寸(波纹深度、半径、周期等)可以获得较高的输出功率并且具有较好的频谱纯度。

反射式绕射辐射振荡器的—维线性理论

根据电子的一次渡越反射情况,推导并给出了反射式绕射辐射振荡器(DRO)的一维自洽积分方程及其振荡场增量公式。利用柱-球开放腔中的真实场进行数值计算,给出了振荡场的理论计算曲线,讨论了几个重要参量对振荡场的影响。

W波段绕射辐射振荡器技术的研究

研制了一种采用新型高频系统的绕射辐射振荡器。该高频系统由准光学开放式谐振腔和双梳型光栅构成,通过理论设计和优化获得W波段高频系统的最佳结构参数。对装配该高频系统的绕射辐射振荡器测试表明:器件采用的开放式谐振腔是一种多模式工作腔,通过机械调谐可使器件工作在不同的TEMmnq模式上,器件同时具有电子调谐能力,复合调谐频带为91.6～98.6GHz。器件所需的启振电流相对较小,最低约35mA。器件的输出功率随阴极发射电流的增加而增加,最大输出功率达到8W。器件输出信号的信噪比高、纯度高,具有优良的频谱特性。

机载天线辐射方向图研究

本文采用一致性几何绕射理论分析了某型载机机体对其上安装的单极子天线辐射方向图的影响，计算了天线经机体散射后的场，编制了计算程序，调用该程序可计算机载天线任意面方向图及立体方向图。其结果可用于天线间耦合特性分析和机载多天线配置优化研究。

THz振荡器双光栅开放腔的高频特性

针对双开槽的双光栅开放式谐振腔,提出了一种基于矩形波导谐振腔理论的计算方法,给出TE04模式场分布的结构设计修正公式,用于进行准光学谐振腔结构设计优化,通过增强电子注区域的电场强度,可有效提高电子效率。同时对双光栅慢波结构"冷"色散特性进行了计算,分析了不同参数对其高频特性的影响。结果表明,双光栅槽宽和电子注通道宽度的变化会对其色散特性的频带上限产生较大影响。

Ka波段相对论契仑柯夫器件研究

在采用通用线性理论分析的基础上,提出采用具有大口径、浅褶皱及短周期分段式慢波结构的绕射辐射振荡器来产生8mm波段的电磁辐射。在PIC模拟基础上,完成器件的设计加工,成功地对器件进行了实验研究,检测到8毫米波段的高功率微波输出。

多浮体铰接薄板结构运动响应研究

应用Newman的广义运动模态分解方法和拉格朗日乘子法,基于波浪辐射和绕射理论建立了铰接多浮体结构水动力响应的运动方程,应用预修正快速傅里叶变换(p FFT)的边界元方法对由15块板组成的铰接多浮体结构的运动响应进行了研究。数值结果表明该p FFT方法计算精度和计算速度均很高,可用于任意形状和约束状态的多体结构的水动力分析。板间距的改变对铰接点处垂荡和横摇影响较大。

多点系泊型式浮式生产储油船(FPSO)的运动响应预报

对多点系泊形式FPSO的运动响应及系泊力问题进行了研究,通过软件和试验结果的对比,就软件预报的可用性进行了评估,并用软件计算了系泊位置变化对FPSO运动响应和系泊力的影响。对比表明,MOSES软件计算多点系泊型式FPSO运动响应的结果具有较好的可信度。

风波耦合作用下垂荡板对漂浮式风力机Spar平台动态响应影响

建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5MW漂浮式风力机整机模型,提出漂浮式风力机Spar平台主体附加垂荡板的结构设计方法,基于叶素动量理论通过Fortran编程实现AQWA的二次开发,基于辐射/绕射理论对比研究了垂荡板及其安装位置对漂浮式风力机Spar平台动态响应特性的影响。结果表明:频域分析中,垂荡板对纵荡RAO影响较小,减小了垂荡RAO,但增大了纵摇RAO。时域分析中,风波耦合作用下垂荡板增大了平台纵荡响应,但安装位置对纵荡响应影响较小;垂荡板位于中部和底部时对平台垂荡响应的抑制效果最明显,位于上部时抑制效果不明显;垂荡板位于中部和底部时对纵摇响应抑制效果最明显,位于上部时增大了平台的纵摇响应;垂荡板位于中部和底部时明显提高其稳定性,位于上部时加剧了机舱纵荡加速度;垂荡板显著降低了系泊张力,但安装位置对系泊张力影响较小。

阵列式平台漂浮式风电场Spar平台动态响应及稳定性改进研究

平台的稳定是漂浮式风力机安全运行的基本保障。为研究风波耦合作用下阵列式平台漂浮式风电场Spar平台的动态响应,建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW漂浮式风力机整机模型,采用链接系泊和固定系泊建立了3×3阵列Spar平台漂浮式风电场。基于叶素动量理论考虑叶尖损失、轮毂损失以及动态失速通过Fortran编程实现了水动力软件AQWA的二次开发,建立了漂浮式风电场平台气动-水动-固定系泊-链接系泊耦合动力学模型并实现了模型算法求解,结合辐射/绕射理论研究了风波耦合作用下漂浮式风电场Spar平台的动态响应特性,为解决系泊系统直接与Spar平台主体链接时平台产生的大幅度首摇、横摇响应问题,提出了首摇阻尼板和系泊链接点外移两种提高平台稳定性的方法,并研究了二者对漂浮式风电场平台动态响应特性的影响。结果表明:系泊系统直接将Spar平台链接建立阵列式平台漂浮式风电场的方案是不可行的,平台将产生极大的首摇、横摇响应;普通海况下,首摇阻尼板明显降低了漂浮式风电场平台的首摇、横摇响应,恶劣海况下效果不明显,系泊链接点外移在普通海况、恶劣海况两种工况下均能够明显降低漂浮式风电场平台的首摇、横摇响应;系泊链接点外移时,相对于风波入射方向,位于两侧的平台在xOy平面运动轨迹、首摇、横摇响应具有对称性的特点,位于中间的平台P1、P4、P7不存在横荡、横摇、首摇响应,位于两侧的平台存在横荡、横摇、首摇响应,横摇波动幅度,普通海况下约0.1°,恶劣海况约0.5°,首摇波动幅度,普通海况下约0.5°,恶劣海况约2°;此外,系泊链接点外移时,普通海况、恶劣海况两种工况下,风电场中几乎所有平台的垂荡、纵摇及机舱振动稳定性均得到了一定程度的提高。研究结果为漂浮式风力机平台稳定性的提高提供了理论参考。