Ka波段回旋行波管高效率输入耦合器设计

为了实现Ka波段回旋行波管高纯度TE01模式输入,通过在输出口添加滤波结构,对二级功分TE01输入耦合器进行改进,改进后杂散模式传输效率由平均7%下降至2%。该结构主体为一个级联的两级Y型功分网络,能高效地实现矩形波导TE10模式到圆波导TE01模式的转换。在基于传输线理论对功分网络的传输性能理论分析的基础上,借助三维电磁仿真软件进行多次优化迭代,最终得到了一个在31 GHz附近模式转换效率大于99%的宽带TE01输入耦合器,该输入耦合器具有5 GHz的−0.1 dB插入损耗带宽,同时有效频带内的平均模式转换效率高达98.6%,模式纯度在99%以上并且回波损耗小于−15 dB。采用矢量网络分析仪对该器件进行了背靠背冷测实验,结果表明,其带内衰减约为0.5 dB,与仿真计算结果偏差较小,符合工程实际需求。

太赫兹回旋行波管输入耦合器仿真设计

基于回旋行波管的基本原理,选择准光波导作为高频结构。选择中心频点0.34 THz进行太赫兹准光回旋行波管输入耦合器研究。准光波导工作模式选择为TE06模,选取波纹波导、镜面天线的准光注入结构结构,实现在8 GHz的工作带宽内,回旋行波管输入耦合器激励的工作模式达到输入模式功率的50%以上,且最高注入效率达到68%,证明该结构有效性。

平面三自由度微动工作台的输入耦合分析

基于线性分析理论,建立了柔性铰链式平面三自由度精密定位平台的分析模型;提出了一种计算该类工作台输入耦合的线性求解方法,该方法具有求解简便和计算量小等优点;针对微动工作平台的特点建立了有限元分析模型,通过有限元仿真,验证了线性法的正确性;讨论了有关参数对工作台输入耦合的影响程度,给出了对输入耦合有较大影响的设计参数。研究结果对设计低耦合输入微动工作平台具有指导意义。

Ka波段二次谐波回旋速调管放大器输入耦合器的分析与模拟

对应用于Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的一种输入耦合器进行了分析,并利用三维电磁模拟软件HFSS和ISFEL3D对其进行了模拟与设计。研究结果表明,该输入耦合器具有较高的能量耦合效率,并能在Ka波段获得高纯度的TE021谐振模式。

基于视觉的三自由度微动平台输入耦合研究

为了提高精密微动平台的定位精度,提出了一种计算微动平台输入耦合位移系数的实验方法。构建显微视觉测量系统,以柔顺铰链式平面三自由度微动平台为研究对象,实时跟踪测量微动平台输入位移;对平台与图像之间的坐标系进行标定,有效提高了平台的输入位移和耦合位移的测量精度。实验表明,基于显微视觉的测量结果与Ansys模拟仿真结果相符,对微动平台的分析与设计具有一定的参考意义。

回旋速调管输入耦合器分析与设计

对Ka波段工作模式为TE01模和TE02模的两种回旋速调管的输入耦合器进行了详细研究,利用模式匹配理论和HFSS建模仿真计算了内圆柱腔和外同轴腔的尺寸;提出了一种与软件计算相结合的模式纯度计算方法,对内腔工作模式纯度、内外腔能量分数进行了计算。内腔侧面上的耦合缝的大小、角向位置都直接决定外同轴腔内的TEm11模向内圆柱腔的TE0n1模的耦合情况。针对耦合缝与输入波导成45°和0°分布两种情况,研究了耦合缝长、宽和角向偏移,以及内外腔频差对频率、Q值及内腔能量分数的影响。分别设计了Ka波段内腔工作模式为TE011、外腔为TE411和内腔TE021、外腔TE811的两种输入耦合器,并利用矢量网络分析仪对内腔工作模式为TE011的耦合器进行了冷高频测量,测得频率为34.257 GHz,与计算结果34.300 GHz仅相差43 MHz。

Ka波段TE_(01)模回旋行波管宽带输入耦合器的设计

Ka波段TE01模回旋行波管的输入耦合器将矩形波导中输入的TE10模转化为圆波导中TE01模的行波场,以实现对回旋电子注角向速度的调制。本文首先对Ka波段TE01模回旋行波管的输入耦合器进行了解析分析和数值计算。通过数值计算得到输入耦合器的初步结构和尺寸,然后利用三维高频分析软件HFSS进行精确的模拟和修正。通过优化设计在Ka波段获得了3 dB带宽约为3 GHz,1 dB带宽大于2GHz的高性能TE1□0-TE4◎11-TE0○1输入耦合器和3 dB带宽约为3.5 GHz,1 dB带宽约为3 GHz的高性能TE1□0-TE5◎11-TE0○1输入耦合器。冷测实验研究表明优化设计结果与冷测结果相吻合。

强流射频四极加速器输入耦合环的物理设计研究

详细讨论了强流射频四极加速器高频输入耦合环的一些基本问题,完成了高频输入耦合环的初步物理设计.利用二维程序Superfish的一些结果,确定了耦合环的大小,计算了耦合环的功耗,并对构成耦合环导线的粗细进行了估算。该耦合环的物理设计可作为耦合环试验的基础,同时,也可作为三维程序HFSS模拟计算的起点。

10 MeV/50 kW脊型加速器输入耦合器的研制

10 MeV/50 kW脊型加速器是一种新型大功率电子辐照加速器,其加速腔中所需射频功率高达100 kW,为此专门研制了高功率输入耦合器。该耦合器主要由陶瓷窗、内外导体及耦合环组成,通过等效电路分析以及仿真计算确定了最终结构。设计采用了可独立拆卸的平板型陶瓷窗和可旋转调节的耦合环,以便于进行脊型加速器调试,并在内外导体和耦合环中设计了水冷回路带走功率传输产生的热量。经过测试,该输入耦合器可在0~2.2范围内调节耦合度,并成功向脊型谐振腔中注入了100 kW的脉冲峰值功率。

W波段回旋管宽带低损耗输入耦合系统

给出了一种十字交叉型TE□10-TE○01宽带模式转换器的设计原理,同时完成了一套W波段低损耗输入耦合系统的设计方案。根据该设计方案在电磁模拟软件HFSS中建立三维模型进行优化仿真。得到了衰减为0.14dB、最大驻波比为1.388、带宽为10GHz的高性能TE□10-TE○01宽带模式转换器。同时计算得到整套传输系统的衰减小于1dB,远小于采用矩形波导TE10模式的衰减(约15dB),大大提高了传输效率,降低了能量损耗。实际加工得到了一对模式转换器,经测试可得其衰减为1dB左右,整套系统的衰减约为3dB,与矩形波导(衰减约为15dB)相比,有了很大的提高。

325MHz超导腔输入耦合器镀铜层厚度的实验研究

通过对工作在325 MHz、镀铜厚度分别为10,20,30μm的耦合器外导体进行高功率测试,研究了超导腔输入耦合器外导体内壁镀铜层厚度与漏热的依赖关系,目的在于寻找最优化的铜层厚度来降低超导腔输入耦合器的低温漏热。实验结果表明,20μm铜层的耦合器具有较低的动态损耗。综合考虑静态损耗与动态损耗,则20μm铜层厚度为最优化的铜层厚度。

W波段回旋速调管输入耦合器的优化设计

该文对应用于W波段TE01模回旋速调管的输入耦合器进行了理论分析,初步得到了输入耦合器的结构尺寸,利用3维电磁模拟软件CST,HFSS与FEKO对其进行了仿真与优化。研究了耦合孔长、宽和圆柱腔半径对耦合器谐振频率及Q值的影响,并对耦合器内腔工作模式的纯度进行了计算。结果表明,在W波段该耦合器能够激励起TE01模,谐振频率为93.55 GHz,外观品质因数为145,耦合器内腔工作模式纯度达到99%,满足设计要求。

一种可调耦合度型高功率输入耦合器的设计

旨在设计一支新型、耦合度可调、连续波型高功率输入耦合器,外部品质因数的调节范围为1.5×10~5～2×10~6,以适应先进光源技术研发与测试平台超导电子直线加速器束流试验装置不同束流模式下的需要。这是国内首次开展耦合度可调式连续波型高功率输入耦合器的研制。采用HFSS三维电磁仿真软件完成了耦合器的高频结构设计,对耦合器的微波传输、场分布进行了计算;同时采用CST微波工作室对不同内导体天线插入深度下耦合器的外部品质因数进行了仿真计算,结合650 MHz 2单元超导腔进行了耦合度调节实验,仿真计算与实验测试结果基本一致。

W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计

输入耦合器是回旋行波管的重要组成部分之一,其作用是将矩形波导TE10模式的信号,通过模式变换结构转换为回旋放大器件中的模式,输入耦合器性能的优劣直接影响了回旋管整管的带宽等性能。通过对W波段TE02模式回旋行波管的输入耦合器进行理论分析,指出影响主模传输损耗的一个因素是杂模的崛起使主模的传输系数降低,利用仿真软件进行仿真,通过优化耦合孔的尺寸,抑制杂模的产生,将损耗从3.9 dB降低到了0.8 dB。根据优化尺寸加工,实际测试,得到3.0 dB带宽7.9 GHz的输入耦合器,与设计符合较好。

500MHz超导腔高功率输入耦合器自主研制取得突破性进展

高能物理所承担的国家自然科学基金项目“500MHz超导腔高功率输入耦合器”于4月14日通过鉴定。专家组对项目所取得的成果给予了高度评价，认为高能所在BEPCII工程中，积极开展射频超导加速系统关键部件的研究，符合我国科技创新的发展方针。输入耦合器在高功率测试中通过了270kW的连续波高频功率，这一成果填补了国内空白，达到了同类部件的国际水平。

脉冲压缩系统微波输入耦合窗的设计

在高功率微波(HPM)脉冲压缩系统中，储能谐振腔能否实现最大储能效率，微波输入耦合窗的正确设计是非常重要的。谐振腔与波导管之间采用的是耦合孔，当假定腔体是无耗时，则其等效传输线电路如图1所示。jX^-L与jtanβd的并联构成了耦合孔平面处总的归一化输入阻抗为Z^m=jX^-L tanβd/(X^-L+tanβd)希望空腔谐振在谐振时与波导匹配，

1.5GHz超导加速腔双输入耦合器研究

本实验室设计的1.5 GHz 5-cell超导腔设计工作加速梯度为15-20 MV·m^(-1),至少需要使用两支输入耦合器才能满足高流强运行要求。借助三维电磁仿真模拟软件CST(Computer Simulation Technology),完成了相应的输入耦合器的电磁仿真,驻波比小于1.05的频带宽度达到18 MHz。从理论上计算加速腔双端口功率馈入,并通过铜腔双输入实验进行验证。结果表明,当两端均为欠耦合时,双输入对每个端口耦合度起到增强的作用;但当两者均为过耦合且差异较大时,耦合度小的一端则被减弱,甚至出现欠耦合的情况。对横向力场的计算显示,即使插入深度相差1 mm,使用双输入耦合器所引起的横向作用力仍比使用单耦合器情况小一个量级。

镀铜膜工艺在高功率输入耦合器中的应用

高功率输入耦合器是为自由电子激光装置的超导腔传输微波功率的部件。为了提高传输性能,需要在耦合器上镀铜膜。本研究基于2种不同镀铜膜工艺实验,通过EDS线扫描、粗糙度、XRD和残余电阻率(RRR)对比分析在室温(25℃)以及200、400、600和910℃等4种不同温度退火后镀铜膜的性能变化,确定出适合特殊环境条件下高功率输入耦合器波纹管内壁镀铜膜工艺。将这一工艺应用于1.3 GHz高功率输入耦合器镀铜膜。结果表明,铜膜与耦合器内表面的结合力、高低温适应性和微波能量传输效率都能很好地满足实际应用的要求。

双间隙耦合输入腔的计算与仿真研究

根据微波电路及谐振腔电磁场基础理论,建立了双间隙耦合输入腔的等效电路模型,模型考虑了频率偏谐,外观品质因数失配以及电子注电导的影响。推导出间隙电压计算公式和输入端口匹配时腔体外观品质因数与腔体品质因数的关系。分别利用高频软件(HFSS)及粒子模拟软件(MAGIC3D)建立了仿真模型,进行了冷腔及电子注模拟,分析了电子注的电子负载效应对腔体参数的影响。理论计算与仿真与结果一致,证明了等效电路模型的准确性。

用于射频能量收集的低阈值CMOS整流电路设计

基于TSMC 180 nm工艺,设计了一款高效率低阈值整流电路。在传统差分输入交叉耦合整流电路的基础上,提出源极与衬底之间增加双PMOS对称辅助晶体管配合缓冲电容的改进结构,对整流晶体管进行阈值补偿。有效缓解了MOS管的衬底偏置效应,降低了整流电路的开启阈值电压,针对较低输入信号功率,提高了整流电路的功率转换效率(PCE)。同时将低阈值整流电路三级级联以提高输出电压。测试结果显示,在输入信号功率为-14 dBm@915 MHz时,三级级联低阈值整流电路实现了升压功能,能稳定输出1.2 V电压,峰值PCE约为71.32%。相较于传统结构,该低阈值整流电路更适合用于射频能量收集。