高功率圆波导TE0n-TE11模式变换研究

在模式耦合理论的基础上,详细讨论了波导轴线弯曲与波导半径渐变的圆波导模式变换,并对TE0n TE11模式变换器的几何结构进行了优化分析,采用不同的相位重匹配技术,得到了可靠的最优几何参量。以此数据设计的8mm回旋速调管TE01 TE11模式变换器的转换效率可达98%。

用于磁控管轴向辐射TE_(11)模式的紧凑型输出结构

提出了一种用于轴向输出相对论磁控管中具有TE_(11)辐射模式的紧凑型输出结构。该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过合理设计谐振腔结构与输出圆波导之间过渡结构,模拟实现了圆TE_(11)模式微波的轴向输出。与传统衍射输出相对论磁控管相比,本文设计的轴向输出结构,不仅能在输出波导中获得更加纯净的微波模式,而且能减小磁控管的径向尺寸,使得系统更加紧凑化。初步的粒子模拟结果表明:当电压为280kV、磁场强度为0.5T时,该器件的工作频率为4.18GHz,输出功率为247.0 MW,功率转换效率达到21.9%。

Q波段圆波导轴线弯曲TE_(01)-TE_(11)模式变换器设计

在模式耦合理论的基础上,采用相位重匹配技术对圆波导轴线弯曲TE01-TE11模式变换器进行了数值优化计算和分析.在Q波段给出了两种不同周期数TE01-TE11模式变换器的优化设计参数.数值计算表明:四周期模式变换器的最高转换效率为98.82%,带宽为2.2 GHz,六周期最高转换效率为99.89%,带宽为1.7 GHz.研究了模式变换器关键几何尺寸在小范围内变化对转换效率的影响.并利用HFSS对给出的模式变换器进行了仿真,仿真结果与数值模拟一致性较好.同时加工了六周期结构模式变换器并进行了小功率热测实验,测试结果表明输出了模式纯度较高的TE11模式.

紧凑型圆极化TM_(02)-TE_(11)模式转换器的设计

应用金属圆筒、金属隔板和微波介质板加载金属圆波导的思想设计了一种结构紧凑的圆波导模式转换器,该模式转换器能将馈入的高阶圆波导TM_(02)模式直接转换为圆极化的圆波导TE_(11)模式。HFSS软件仿真结果显示:在中心频点9.4 GHz,模式转换器的转换效率为94.6%,轴比为1.06;在9.06~9.53 GHz和8.80~9.64 GHz频带范围内,转换效率分别大于90%和80%,轴比均小于1.2。该模式转换器解决了传统的TM_(02)-TE_(11)模式转换器设计困难、尺寸过大的问题,具有设计简单、输入输出共轴、方便加工、结构紧凑等优点。

一种使用TE_(11)为过渡模的TE_(01)-HE_(11)模式变换器设计（英文）

基于弯曲圆波导耦合理论和规则圆波导突变结构模式匹配法,利用MATLAB软件编写的相关数值计算程序得到波导模式转换结构的优化参量,最终使用CST软件对模型进行了仿真和验证.该系统主要由三部分组成:一个TE_(01)-TE_(01)的过渡器,TE_(01)-TE_(11)和TE_(11)-HE_(11)的圆波导模式转换器.计算结果表明,该TE01-HE11模式转换系统在24.13 GHz的频率有5%的带宽、转换效率超过了99%.计算结果、仿真结果和实物冷测结果是一致的.

轴向输出线极化TE_(11)同轴波导模式相对论磁控管的粒子模拟研究

提出了一种用于相对论磁控管(RM)中轴向输出线极化TE_(11)同轴波导模式的新型输出结构。该器件采用10谐振腔结构并工作在π模式上,通过合理设计谐振腔结构与输出同轴波导之间的微波提取结构,模拟实现了线极化TE_(11)同轴波导模式的微波输出。与传统全腔提取结构相比,该新型输出结构,不仅能更容易地实现线极化TE_(11)同轴波导模式的微波输出,而且在此基础上能更容易地实现更高频段RM的设计。粒子模拟结果表明:当电压为220kV,磁场为0.4T时,该器件的工作频率为4.38GHz,输出功率为208 MW,功率转换效率达到46.6%。

TE_(01)-TE_(11)圆波导模式变换器的设计计算

本文呈现了三种TE_(01)-TE_(11)圆波导模式变换器的设计方法。三种设计方法都是在耦合波理论的基础上实现,其不同在于对波型函数的构造上。传统的设计方法是使用显式的轴线函数来描述圆波导模式变换器的结构,而迭代综合法和NURBS是用非解析的方式来构造其轴线的。在理论分析的基础上,使用MATLAB编制了迭代综合法的计算程序,并进行大量的数值计算与优化。计算表明其中心频率的转换效率达到98.80%,长度为577.6mm。最后利用CST进行验证,仿真结果与数值计算结果一致性较高。

一种新型的90°弯曲圆波导TE_(01)-TM_(11)模式变换器的设计

在耦合波理论的基础上,对圆波导轴线弯曲结构的TE01-TM11模式变换器进行了理论分析。同时使用MATLAB编制了迭代法的计算程序,并进行了大量的数值计算和优化,设计出了一种新型的90°弯曲圆波导TE01-TM11模式变换器,并给出该TE01-TM11模式变换器的最优化结构轮廓。数值计算表明该模式变换器的最高转换效率达到99.55%,转换效率大于95%的带宽超过29%。最后,利用CST仿真软件对该模式变换器进行了仿真验证,仿真结果与数值计算结果一致性较好。

电子回旋自共振加速器输出能量的影响因素及优化

回旋自共振加速器(CARA)加速效率高,在低能、大功率电子束领域具有非常好的应用前景。由于加速腔浸没在螺线管磁场中,电子束在轴向静态磁场的约束下螺旋前进,与加速腔中的TE11模微波场保持同步而被横向持续加速。但加速器的输出能量并不随加速过程递增,而是与电子束的注入能量、轴向静态磁场、加速腔波导长度及微波场强度等多个相互约束的参数相关。本文从理论上分析了相关参数对输出能量的影响,利用三维电磁场仿真软件CST及粒子跟踪程序分别研究了相关参数对输出电子束状态的约束关系,并对这些参数进行联合优化,使得电子输出能量达到设计值。