重复频率直线变压器在长脉冲高功率源中的应用

在初级脉冲整形的基础上,利用快直线变压器技术,可以使长脉冲高功率微波驱动源的结构紧凑并实现模块化。为此着重分析了直线变压器的传输效率,研究了导致系统输出波形畸变的主要因素。通过工程实验,取得了功率数GW、重复频率25 Hz、前沿约40 ns、宽度约160 ns的长脉冲电子束流输出。

探地雷达高功率高稳定度脉冲源设计

对于探地雷达,脉冲源的功率和稳定度直接影响其作用距离和探测精度,对目标成像时进行相干积累有着重要意义。采用雪崩三极管设计的全固态脉冲源具有很高的稳定度指标,但输出功率较低,使用Marx电路可以提高其输出峰值电压幅度。梳状PCB(印刷电路板)电路是一种结构紧凑具有自相似性的电路形式,有利于进一步提高脉冲源的稳定度指标,也有利于脉冲源的小型化设计。根据某探地雷达要求,采用梳状PCB电路形式,实现了12级Marx电路的脉冲源,采用欠电荷法对脉冲波形进行了优化设计,其输出峰值电压大于400 V(50Ω负载),脉冲宽度为600 ps,重复频率大于25 kHz;并且具有良好的时基稳定度和波形稳定度,脉冲宽带抖动小于1%,峰值抖动小于1%。

一种基于电感储能技术的紧凑型高功率脉冲源

基于电感储能技术 ,采用金属丝电爆炸断路开关 ,研制成功了紧凑型脉冲功率源 (其能量传输效率近 4 0 % ,体积约 0 3m3 )。它能在电阻负载上得到电流 >6 0kA、电压 >4 0 0kV、功率 >2 0GW的电脉冲 ,通过调节金属丝爆炸断路开关的长度、根数、直径、储能电感的大小、电容器的充电电压以及削尖开关中气体的压力等参数 ,在一定范围内容易实现同负载的阻抗匹配。

X波段GW级长脉冲高功率微波源的设计与实验

通过理论分析指出,单模相对论返波振荡器内的平均场强正比于其工作频率,工作在高频段难以实现长脉冲运行。采用电磁场仿真方法,比较了X波段单模和过模慢波结构的场分布特点,结果表明:增加过模比能有效减小慢波结构表面的射频场强,但由于场分布变化导致场强的减小与过模比的增加相比并不显著。利用过模比约为3的慢波结构设计了一种X波段长脉冲高功率微波源。实验中,在单次运行条件下,输出微波功率达到2 GW、脉宽80 ns;在20 Hz重复频率运行条件下,输出微波功率达到1.2 GW、脉宽100 ns。器件产生的微波频率为9.38 GHz,主模为TM01,效率约24%。微波窗口和慢波结构表面的射频击穿是目前实验中限制微波功率和脉宽增加的关键因素。

一种紧凑型高功率宽带微波源

设计了一种高功率宽带微波辐射装置,谐振器采用传输线型谐振器,其中,天线采用单锥喇叭。整个宽带微波产生装置具有结构紧凑、谐振频率较低的特点。用时域有限差分对该装置进行了数值模拟,模拟结果为:辐射场中心频率272 MHz,带宽13.5%。装置与高压脉冲源联试,开关内充电电压为71 kV时,辐射场中心频率为197 MHz,辐射场带宽达到24%,峰值辐射因子为28.3 kV。

紧凑型可重复运行的高功率纳秒脉冲源

讨论了一种低阻抗、高储能密度、可输出中等高压的百ns脉冲形成技术,其输出波形质量较好;采用磁感应电压叠加技术将该脉冲形成装置输出的中等高压脉冲叠加到应用需求的高电压高功率脉冲。研究表明单个感应模块可在2.8Ω的负载上获得脉冲宽度为220ns,前沿为50ns的中等高压脉冲。

高功率微波源及其军事应用

高功率微波是近年来发展起来的一项新技术.本文评述了HPM源的主要特性.把它们与常现微波源作了比较,并分析了其关键技术和发展趋势.最后,讨论了它们的军事应用以及HPM武器在未来战争中的作用.

双波段高功率微波源的实验研究

简述了双波段高功率微波源的基本工作原理，详细介绍了整个实验系统并给出实验结果。实验中成功地引出了两束同步的相对论电子注，并且在３ｃｍ相对论返波管及８ｍｍ相对论奥罗管中均得到ＭＷ级的峰值功率。

高功率射频源（HPRFS）实验用500MW线型调制器设计

介绍了峰值功率为５００ＭＷ、脉宽为１～２．５μｓ、脉冲重复频率Ｆ＿ｒ为５ｐｐｓ的线型脉冲调制器的特殊设计考虑，它所产生的７００ｋＶ脉冲电压，非常适合于高质量电子束的微波源（ＲＦＳ），如自由电子激光器（ＦＥＬ）和回旋自动谐振微波放大器（ＣＡＲＭ）。文章主要根据相对论磁控管（ＲＭ）特点来设计调制器，相对论速调管放大器（ＲＫＡ）用的１０￣４ＭＷ脉冲调制器其具体电路在参考文献［１］中已有介绍。

高功率脉冲源双锥负载不同端接状态的辐射特性分析

高功率脉冲源的双锥负载,在调试过程中将辐射强电磁波,对周围电子设备造成严重干扰。论文采用时域有限差分(FDTD)法,对双锥天线的近场辐射过程进行模拟计算,考察双锥终端分别为开路、短路和连接电阻负载三种状态下的电磁辐射特性,证明用电阻线连接双锥终端,可以同时抑制终端反射和空间辐射,保护脉冲源自身和电子设备。最后给出实验室内关键位置处的电磁骚扰水平。

轨道开关控制100kA高功率脉冲源

简述了一种用于工件表面纳米喷涂的脉冲电源的基本工作原理，采用常压下的轨道开关进行控制，分析了轨道开关的设计和导通特性。实际运行表明，该开关噪声小，工作稳定，寿命长。该设备现已用于纳米喷涂的研究和生产中。

重频吉瓦级高功率微波源硬管化技术研究

针对磁绝缘线振荡器(MILO)微波源负载,在高真空工艺的基础上,研制了一种强流二极管陶瓷真空界面绝缘结构;通过对阴、阳极屏蔽、均压等电极形状和尺寸的优化,使陶瓷沿面电场和阴、阳极三结合点场强均得到了有效控制。模拟结果显示:陶瓷沿面电场分布均匀,阴、阳极三结合点场强小于30 kV/cm;同时,建立了微波源器件的瞬态抽气模型,应用分子流Monte-Carlo方法,模拟了脉冲放气后微波源内部真空压强在不同时刻下的三维分布和演化规律;并以此为基础优化了内置气体捕集泵的真空拓扑结构。最后,在HEART-50脉冲功率源上开展了5 Hz实验测试,陶瓷真空界面能耐受超过600 kV的脉冲电压,沿面平均绝缘场强达到40 kV/cm,重频运行可靠;微波源在脱离地面泵组后实现了重频吉瓦级输出,脉冲串间的真空恢复时间小于1 min,平衡压强小于5×10^-2 Pa,微波平均功率大于3 GW、脉宽大于40 ns。

X波段新型低阻抗高功率微波源的模拟研究

提出了一种新型低阻抗高功率微波源,能在单个器件内产生两束锁相的相干高功率微波,对两束相干微波进行功率合成有望在单个高功率微波器件中实现更高的功率输出.粒子模拟结果显示,在电压687 k V、磁场0.8 T时,该微波源整体阻抗36?,两束微波的频率都为9.72 GHz,输出功率分别为1.20 GW和2.58 GW,功率效率分别为28%和30%;两束输出微波之间频率抖动小于±3 MHz,相位差抖动小于±3?.

高功率微波源用电子收集极材料:强流高能电子束轰击下的物理效应及对材料性能的要求

高功率微波源用收集极用于接收束波耦合作用后的强流电子束,是影响高功率微波源稳定性和寿命的关键部件。收集极在强流电子束的轰击下会产生二次电子、背散射电子、韧致辐射等物理效应,将引起微波品质的降低。电子束的能量沉积在收集极上会产生显著的温升效应,从而导致收集极效能下降甚至结构失效,同时材料在强流电子束的轰击下会发生蒸发而污染腔室,降低系统绝缘性。在讨论分析强流电子束轰击材料所产生的物理效应机制及其影响因素的基础上,分析了高功率微波源用收集极材料的性能要求。

高触发信号和功率合成的高峰值功率皮秒脉冲源

对于目标的攻击、干扰和探测,超宽带时域脉冲源的幅值直接影响其攻击、干扰和探测的强度和效果。基于雪崩晶体管的Marx电路被广泛应用在产生此类信号源上,传统的Marx电路可以一定程度上提高输出电压的幅值,但由于雪崩晶体管功率容量较低等原因,雪崩晶体管的Marx电路输出电压幅度会随级数增加而达到饱和。针对此类问题,为了产生更高幅值的脉冲信号,综合采用提高触发信号和使用宽带功率合成器的手段。最终利用26级Marx电路作为触发信号,4路40级Marx电路进行功率合成的方法,实现了输出电压幅值为8.7 kV、上升沿约为180 ps的技术指标,并通过机理分析了高触发信号对雪崩晶体管Marx电路的影响,通过实验得到了印证。

高功率微波源的硬管化技术分析

高功率微波源的真空环境是制约其脉冲功率和重频运行的主要限制因素,使用硬管化技术是实现可重频运行的小型化、独立封装的高功率微波源的重要途径。本文总结了目前高功率微波源面临的问题,叙述了近年来高功率微波源硬管化技术方面的进展,给出实现小型化、硬管化高功率微波源的技术途径。

一种高功率微波源真空在线测量

针对磁绝缘线高功率微波振荡器(MILO)的静态保真空和重频运行,设计了一种真空度在线测量系统及其组件,优化了常规的测量方法,实现了真空度的实时监测和数据采集。基于30GW高功率脉冲平台,以硬管化MILO微波源为负载,开展了加电运行条件下微波源内真空度的实时在线测量。实验结果表明:研制的真空在线测量组件具有较强的抗电磁干扰能力,能够准确获得高功率微波源运行过程中的本底真空度及脉冲放气特性。

长脉冲高功率无箔二极管动力学模拟

从二极管设计基础出发,对高功率无箔二极管动力学特征进行了模拟分析。结果表明:电子回轰必须被隔断,不仅不能让其轰击支撑绝缘体,也不能轰击二极管管壁。在直线变压器长脉冲功率源二极管实验研究中,通过合理设计阴极屏蔽座,获得了重复频率25 Hz、功率约5 GW、功率传输系数超过95%的环形电子束输出。

高功率真空电子器件在医用加速器方面的应用评述

微波真空电子器件作为高功率微波源在医用加速器领域具有广泛的应用,主要器件类型包括各种结构的磁控管、速调管以及多电子注速调管。为了促进国内医用高功率器件的交流和发展,特组织了本专辑,希望能够为系统应用和器件发展提供一个信息交流平台,促进我国在该领域的快速发展。

中国科学院高功率微波源与技术重点实验室

中国科学院高功率微波源与技术重点实验室(Key Laboratory of High Power Microwave Sources and Technologies,Institute of Electronics,Chinese Academy of Sciences,简称KLHPM)成立于2006年,依托单位为中国科学院电子学研究所。