基于光电导开关的高功率超宽带微波脉冲产生技术

光控光电导开关因其具有传统高功率脉冲器件所不具有的优良特性 ,在产生高功率微波脉冲领域具有很大的发展潜力。利用光控光电导开关可以直接从直流电源产生高功率的微波脉冲。本文首先介绍了光控光电导开关的结构和两种不同的工作模式 ,以及它在不同工作模式下的工作特性 。

高功率超宽带组合天线的设计与实验

为满足高功率纳秒脉冲的发射需求,设计了一种适用于高功率微波的超宽带组合天线,对比了将点馈式巴伦和直馈式巴伦应用于高功率超宽带组合天线后天线的驻波曲线和表面电场分布情况,分析了组合天线阻抗与尺寸的关系,利用Klopfenstein阻抗渐变线降低反射,利用可调平板调整天线磁偶极子面积以提升天线低频性能,并通过驻波测试实验加以验证。在此基础上,进行了高功率微波实验,在全底宽3 ns、峰-峰值121 kV、中心频率329 MHz高功率双极脉冲的激励下,可实现功率容量73 MW,有效电压增益1.97。

阵馈抛物柱面天线合成超宽带高功率微波

在时域推导了超宽带脉冲空间功率合成的条件,得到了多路脉冲信号在极化方向相同,幅度、波形一致的条件下,可实现最大化功率输出的结论。基于此提出了一种阵馈的抛物柱反射面天线。采用10喇叭单元叠状排列形成一维馈源阵列放置于焦线上,照射抛物柱反射面后形成相干脉冲,在主轴方向合成超宽带高功率微波波束。仿真结果表明,该阵馈天线较最优口径的单馈源天线,远场辐射功率密度提高了87倍以上,且波束宽度由66°减为8°,实现了超宽带高功率微波的高效空间功率合成。

超宽带高功率脉冲对裸导线的耦合特性分析

针对裸露导线面临的电磁干扰问题,基于时域有限差分法(finite-difference time-domain,FDTD),利用CST模拟仿真了超宽带高功率脉冲(ultra-wide band high power pulse,UWBHPP)对裸露导线的耦合响应特性。首先,基于FDTD算法,对沿水平方向铺设的裸露导线进行建模;其次,计算了不同超宽带高功率脉冲垂直辐照离地10 cm的裸露导线时,不同长度裸露导线耦合信号的结果;最后,分别分析了裸露线缆耦合电压峰值及耦合电压上升沿与线缆长度的关系。仿真结果表明:裸露导线的耦合电压峰值先随线缆长度的增加而增加,最终趋于稳定;耦合电压的上升沿随线缆长度的增加也会趋于稳定;相近脉冲宽度、不同上升沿的UWBHPP信号对耦合信号影响较小,相近上升沿、不同脉冲宽度的UWBHPP信号对耦合信号影响较大。仿真结果可为线缆的电磁防护设计提供了参考。

同轴电缆对超宽带高功率微波耦合特性实验研究

为研究同轴电缆对超宽带高功率微波的电磁耦合特性及其对终端电气设备的影响,将同轴电缆终端连接设备等效为集总负载。通过实验研究了超宽带高功率微波辐照条件下同轴电缆终端负载的耦合响应特性,分析了同轴电缆电磁脉冲耦合机理,为电子设备及系统抗电磁干扰提供了参考。实验结果表明,同轴电缆对超宽带高功率微波耦合作用显著,耦合特性受接地状态、电场极化角等影响严重。

超宽带高功率微波低空传播特性的分析与计算

推导了超宽带高功率微波(UWB-HPM)传播于压强大于100 Torr大气中的击穿阈值,当超宽带高功率微波在击穿阈值低于其场强的大气中传播时,会引起大气击穿,从而产生随时空迅速变化的等离子体,使得UWB-HPM的尾部发生衰减、缩短脉冲持续时间。利用时域有限差分法(FDTD),对UWB-HPM在该压强范围大气中传播所引起的击穿特性作了数值计算,并给出了FDTD求解过程的流程图。所得到的数值结果对UWB-HPM的实际使用将具有参考价值。

2~18GHz超宽带GaN分布式功率放大器MMIC

介绍了一款基于0.25μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的2~18 GHz超宽带功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。采用两级非均匀分布式拓扑结构,通过调整各级管芯输出阻抗和微带线阻抗实现超宽带的功率匹配。在管芯前端增加电阻、电容并联结构,提升各级电路稳定性并提高截止频率。为改善整体电路布局,在前级和末级放大器之间加入50Ω微带线,既可便于单侧加电,又使芯片尺寸更加合理。测试结果表明,功率放大器MMIC在2~18 GHz频带内,连续波饱和输出功率达到10 W,功率增益大于15 dB,功率附加效率大于20%。GaN非均匀分布式功率放大器MMIC在超宽带、高功率等方面具有广阔的应用前景。

高功率超宽带馈源设计与实验

针对大型抛物反射面天线中的高功率超宽带馈源,提出一种恒阻抗不平衡-平衡转换结构(巴伦)加切比雪夫渐变线TEM喇叭的馈源设计方法,采用数值模拟研究了其阻抗特性、传输特性与辐射特性,并进行了测试实验。结果表明:该种馈源结构在较小的体积下具有低反射、高带宽和高馈电效率的优点。该馈源已成功应用于大型高功率抛物反射面天线。

超宽带高功率同轴旋转关节

设计了一种高功率同轴旋转关节,通过一系列优化设计,解决了高压绝缘、高压气体动密封技术及承载等问题。分别对旋转关节的力学特性、环境温度适应性、瞬态脉冲传输效率及功率容量进行了实验研究。结果表明:关节的机械旋转及密封结构满足内压2MPa的使用要求,所选材料在-15～50℃温度范围内能够正常工作;对于3ns的瞬态脉冲,其动态电压传输效率为99.14%;可以稳定传输峰值功率50GW、重复频率100Hz、连续作用时间60s的高功率超宽谱脉冲。该装置已成功应用于超宽带车载系统。

等阻抗超宽带高能微波发生器模拟研究

基于等阻抗-双脉冲成形线技术,建立了一个超宽带高能高功率微波发生器理论模型。计算机模拟结果表明:利用等阻抗超宽带高功率微波发生器,可以同时产生纳秒主脉冲和皮秒前沿脉冲;通过控制皮秒脉冲成形线输出开关闭合的延迟时间,可以调制皮秒脉冲和纳秒脉冲的输出电压比值;通过调节纳秒脉冲成形线与皮秒脉冲成形线的电容比值,可以控制皮秒脉冲的脉宽和皮秒脉冲的峰值电压;利用等阻抗超宽带高功率微波发生器,可以最大限度地提高辐射脉冲能量和整个系统的能量转换效率。

高功率超宽带电磁脉冲技术

高功率超宽带电磁脉冲源对许多应用 ,如冲击脉冲雷达、探测地雷、微波武器等是十分重要的。本文评述在快速高压开关和超宽带天线发展中的最新进展 。

双反射面超宽带高功率微波辐射天线

传统的前馈式抛物面天线辐射方式，存在馈线较长、不能沿天线轴线摆放馈线以及不方便天线旋转等缺点。随着天线口径的增大，这些不足之处对天线性能的影响越来越大，因此有必要研究采用双反射面方式实现超宽带高功率微波辐射。

同轴慢波结构相对论高功率微波产生器初步实验研究

对一种同轴慢波结构相对论高功率微波产生器进行了初步的实验研究。利用数值模拟优化得到的结构,建立了实验装置。初步实验结果表明:该种器件具有微波产生效率高的优点,在实验系统并没有达到优化状态的情况下得到的微波转换效率达28%,峰值功率约为1.3 GW。微波频率基本不随二极管电压变化,约为7.7 GHz,这与文献中数值模拟给出的结果一致。

用天线阵测量圆柱过模波导中虚阴极振荡器产生的高功率微波模式和功率

介绍在圆柱过模波导中虚阴极振荡器产生高功率微波实验中用天线阵测量微波模式的原理和方法。测量微波模式对研究高功率微波产生的机理具有重要意义。结合在圆柱过模波导壁上安装小电探针天线和小磁环天线测量微波模式的方法,用天线阵测量圆柱过模波导中开口辐射的电磁场空间分布。应用最小二乘法优化原理拟合高功率微波模式功率分布。用天线阵测量了圆柱过模波导中虚阴极振荡器产生高功率微波混合模式功率分布。

超宽带双脉冲辐射天线

研究了一种高功率超宽带双脉冲辐射天线,其设计思想为:辐射天线辐射两路不同脉宽的超宽谱电磁脉冲,且两路脉冲在时间上有一定延时,从而达到拓宽辐射场频谱宽度的目的。设计了一种采用三馈源的半抛物反射面超宽带天线,并对其进行了数值模拟与实验研究。采用短时傅里叶变换对辐射组合脉冲进行了联合时频分析,结果表明该天线能有效辐射双路不同脉宽的超宽谱脉冲,双脉冲辐射场的频谱宽度比单脉冲辐射场有了明显的拓宽,验证了采用双脉冲辐射是拓宽辐射场频谱的有效方法。

超宽带Cassegrain双反射面天线研究

为了减小馈线损耗和方便天线旋转，设计了超宽带Cassegrain双反射面天线系统。采用FEKO数值模拟软件在0．2～1．5GHz频率范围内模拟了不同副反射面直径的4．5m双反射面天线（焦径比为0．4）的辐射增益，并与相同口径和焦径比的前馈式反射面天线进行了比较。模拟结果表明：当双曲副反射面直径为70cm，焦距为22．5cm时，在0．2～1．0GHz频率范围内，双反射面天线增益比前馈式抛物面天线高1～2dB；在1．1～1．5GHz频率范围内，双反射面天线增益比前馈式抛物面天线小1～2dB。选择直径为70cm、焦距为22．5cm的双曲副面与TEM喇叭和4．5m抛物面组成双反射面天线系统，分别用960 ps和3 as脉宽的单极脉冲源对天线进行了实验研究。实验结果表明：用960 ps和3 as脉宽的单极脉冲激励，Cassegrain双反射面天线在70m轴上远场辐射场波形峰峰值分别为前馈式反射面天线的158％和162％。

高功率微波信号产生方案GT2600

GT2600系统由微波功率放大器GT1000A和GT2500A系列微波合成信号源组成。GT2500A具有多项创新特性：AHFF先进的高频负反馈电路设计、高功率的微波输出模块、数字控制的ALC自动电平控制技术，以及高级的固件能支持多种接口（GPIB、RS232、USB、LAN）和功能强大的Automation Xpress控制软件。

高功率微波定向能车辆阻停系统的技术发展及应用

高功率微波定向能车辆阻停系统是美国、德国近年来投入巨资研发成功并装备公安武警,专门针对公共区域恐怖犯罪和驾车自杀式袭击等场合的"反车辆"的一种高功率微波电子系统。本文给出了国际上发展的两种类型的微波定向能车辆阻停系统的研究进展,一类是基于超高电压发生成形技术和皮秒级超快开关技术的超宽带微波定向能系统,对目标车辆的阻停作用距离为6-50m左右;一类是基于小型化紧凑型脉冲功率技术与虚阴极后加速管(Reltron)技术的窄带微波定向能系统,利用Reltron产生的50MW微波功率输出,通过高增益波导缝隙阵列天线对目标车辆的阻停作用距离100m以上。通过分析研究,给出了微波定向能车辆阻停系统的技术发展趋势,并提出了在我国发展这种系统的重要应用和需求。

超宽带天线辐射中心的时域测量方法

采用时域方法测量超宽带天线的辐射中心时,找出一个参考点,使天线以此点为中心的辐射波在辐射主轴某一范围内的波形时延最小,该参考点即为天线的辐射中心。该方法无需考虑馈入脉冲的频率,仅需观察天线辐射场各方向的波形时延。用时域测量方法测量了超宽带TEM喇叭天线的辐射中心,并用TEM喇叭做为馈源的抛物反射面天线进行了验证,结果证明了该方法的可行性与准确性。

短脉冲高功率微波大气电离与击穿数值分析

为探讨短脉冲高功率微波(HPM)的大气击穿规律,通过求解大气电子动量方程,得到用于拟合电离参数的等效电场.将等效电离参数代入电子密度连续性方程并求解,获得了窄带和超宽带HPM脉冲的大气击穿阈值与海拔高度以及逃逸时间(逃逸能量)与脉冲振幅之间的关系.此外,还分析了大气击穿时超宽带HPM脉冲的能量传输问题.结果表明,海拔高度、脉冲宽度、频谱分布和振幅对大气击穿都有明显影响.