Study on the Generation of Ultra-Wideband (UWB) High Power Microwave

The experimental study of ultra-wideband (UWB) technology, its generation and on-line measurement are presented. An experimental repetitive UWB system is designed, manufactured, and tested. High-pressure spark gap switch and its components, as well as oil spark gap switch are studied experimentally on the system. Experimental results indicate that the system operates at a 200 pps repetitive rate with a stable performance. 100 MW peak power UWB pulses are obtained on the system. Fast-time response capacitive divider is designed and fabricated, allowing for an accurate measurement of the high power UWB signal. The main issues related to the design of the switch and the UWB signal online measurement are discussed.

低成本Si基GaN微电子学的新进展

进入21世纪后,宽禁带半导体GaN微电子学发展迅速,SiC基GaN微电子学已成为微波电子学的发展主流,且正在向更高频率和更高功率密度的新一代GaN微波功率器件发展。为了降低成本,Si基GaN微电子学应运而生,在5G通信、电动汽车等绿色能源应用发展的带动下,Si基GaN微电子学已进入产业化快速发展阶段。介绍了Si基GaN微电子学在射频Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)新器件结构、工艺与可靠性,Si基GaN HEMT单片微波集成电路(MMIC),Si基E模功率GaN HEMT结构设计,大尺寸Si基GaN HEMT工艺,Si基GaN功率开关器件的可靠性,Si基GaN功率变换器的单片集成和高频开关Si基GaN器件的应用创新等工程化、产业化方面的最新技术进展。分析和评价了低成本Si基GaN微电子学工程化和产业化的发展态势。

低成本Si基GaN微电子学的新进展(续)

进入21世纪后,宽禁带半导体GaN微电子学发展迅速,SiC基GaN微电子学已成为微波电子学的发展主流,且正在向更高频率和更高功率密度的新一代GaN微波功率器件发展。为了降低成本,Si基GaN微电子学应运而生,在5G通信、电动汽车等绿色能源应用发展的带动下,Si基GaN微电子学已进入产业化快速发展阶段。介绍了Si基GaN微电子学在射频Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)新器件结构、工艺与可靠性,Si基GaN HEMT单片微波集成电路(MMIC),Si基E模功率GaN HEMT结构设计,大尺寸Si基GaN HEMT工艺,Si基GaN功率开关器件的可靠性,Si基GaN功率变换器的单片集成和高频开关Si基GaN器件的应用创新等工程化、产业化方面的最新技术进展。分析和评价了低成本Si基GaN微电子学工程化和产业化的发展态势。

一种紧凑型宽带高功率微波源设计与测试研究

设计了一款体积紧凑、工作在特高频波段的宽带高功率微波源,系统利用24 V蓄电池供电,Marx发生器作为驱动源,采用四分之一波长开关振荡器调制产生宽带电磁脉冲,激励高功率微带平板天线辐射,测试结果显示系统工作中心频率为425 MHz,远场辐射场强-距离积峰峰值为91.5 kV@1 m,该微波源体积尺寸为871 mm×370 mm×330 mm,含电池质量小于43 kg,拓展了宽带高功率微波技术在无人机、机器人等平台的应用前景。

MV级多通道重复频率气体开关的设计及初步实验

介绍了一种高工作电压、高重复频率的多通道气体开关的工作原理、设计方法及在SINUS-700加速器上开展的实验情况。初步结果表明,开关实现了工作电压1.15 MV、峰值电流约14.4 kA、重复频率100Hz、工作范围64.5%的最大稳定运行参数,并实现了多通道放电。

一种油介质开关振荡器研究

为了产生较高中心频率宽带高功率微波,对一种填充变压器油作为绝缘介质的1/4波长开关振荡器进行了研究。首先对这种开关振荡器特性阻抗分布进行了分析;然后利用静态电场仿真结果和变压器油击穿实验数据,分析了该振荡器的耐压能力;在此基础上,利用CST软件对其瞬态工作特性进行了仿真,考察了开关间隙击穿位置和间隙电压下降时间对产生阻尼正弦信号的峰值和频率的影响;最后介绍了该振荡器以一种方向系数为3的短螺旋天线作为辐射天线的实验测试结果,结果表明,该开关振荡器充电电压上升时间为15ns时,耐压达到-322kV,产生宽带高功率微波中心频率约360 MHz,3dB带宽约22%,辐射因子170kV。

高功率重复频率三电极气体开关自击穿特性

以“CHP01”加速器为实验平台,对自行研制的重复频率三电极气体开关的自击穿特性开展了实验研究。研究了开关自击穿特性与气压、气流流速、电极形状等因素的关系,并对实验结果进行了分析。结果表明:随着气压的升高,开关自击穿电压分散性变大;适当流速的气流有助于减小开关的自击穿分散性,但气流流速过大将加大自击穿分散性;当通过改变电极形状增大极间场增强因子时,开关电极间场增强因子变大,开关分散性减小,但平均自击穿电压有所降低。

紧凑型宽谱高功率微波辐射器仿真设计

为了提高宽谱高功率微波辐射源的辐射因子,提出采用双路同步输出的宽谱谐振器驱动2×2宽带高功率贴片天线阵的技术思路。设计了一种双路同步输出的宽谱高功率脉冲谐振器,由两个同轴谐振腔尾尾相连,并共用一个环形对地开关,实现两路宽谱脉冲的同步产生与输出,通过对"T"形充电结构进行优化,使输出宽谱脉冲幅值达到充电电压的0.89倍。2×2宽带高功率单层贴片天线阵采用气体基底和单层贴片结构以降低重量,单层贴片设计为E形以拓展工作带宽,通过对天线阵几何参数进行全局优化,优化后的天线阵百分比带宽为47%(驻波比VSWR小于2),中心频率300 MHz的增益为11.8dB。对天线阵工作过程中的电场强度分析表明,在天线罩内填充105 Pa的SF6气体时,理论功率容量可达到7.4GW。对整个辐射系统的电性能进行了仿真分析,系统的理论辐射因子可达谐振器充电电压的2.8倍。

一种紧凑型宽带高功率微波驱动源

为实现对传输线开关振荡器或振荡天线进行快速充电,以提高其耐压能力和产生高频振荡信号的能量效率,本文研制了一种基于Tesla变压器的电容储能型脉冲驱动源。本文首先介绍该驱动源的工作原理和运行过程,接着利用等效电路方法分析了关键电路参数对负载充电过程的影响,然后介绍该驱动源的具体工程设计,最后介绍该驱动源初步测试结果以及将其应用于变压器油在10 ns量级脉冲下击穿特性研究的实验情况。实验表明,输出火花开关在中储电容器充电电压为-191 k V导通时,通过电感对等效电容为15 p F的传输线充电电压峰值为-224 k V,电压上升时间约10 ns。研究结果表明本文研究的驱动源能够满足对传输线开关振荡器等电容负载进行快速充电至数百k V高压的应用需求。

微波功率模块高压电源的设计

介绍了一种微波功率模块高压电源的设计方案,分析了其工作原理,并详细介绍了零电压开关多谐振变换模式、高压变压器和高压整流器等关键电路的设计。该高压电源具有小型化、高密度、高效率、高可靠性等优点。实验结果证明了该高压电源的优越性和实用性,能满足微波功率模块发射机的要求。

Ku波段开关固态功放模块的研制

实现了Ku波段开关固态功放模块,根据系统指标中的技术难点,重点分析如何提高微带型开关电路的隔离度,通过采用含有多个子单元电路的拓扑结构以及合理优化子单元电路参数,所研制的开关电路为15.75～16.25GHz频段,隔离度大于95dB,插入损耗小于4dB,同时提出了改进两路输出功率不平衡度的方案,对系统结构进行合理优化。最终实现Ku波段开关固态功放模块在15.75～16.25GHz工作频段内,输出功率为30dBm,且两路功率不平衡度小于0.7dB,系统隔离度大于70dB,电压驻波比小于1.4,系统尺寸为65mm×40mm×15mm。

全固态脉冲功率源驱动Ka波段相对论返波管振荡器

利用基于SOS的固态脉冲功率源进行了Ka波段相对论返波管振荡器（RBWO）的实验研究。该固态脉冲功率源工作电压200-360 kV,工作电流约2.6 kA,脉宽约20 ns,脉冲上升前沿约9 ns。SOS固态脉冲功率源驱动Ka波段BWO的实验结果为：微波频率36-38 GHz,脉宽约10 ns,峰值功率约50 MW,重复频率10 Hz。

基于高频谐振变换器的新型微波炉电源设计

文章研究了一种基于高频谐振变换器的新型微波炉电源,详细分析了该新型电源的变换器结构,核心控制芯片以及驱动电路,并对变换器的拓扑结构进行仿真。最后通过实验样机证明,该新型微波炉电源实现了零电压软开关功能,减小了开关损耗,大幅度提高了变换器的工作频率,从而提高了电源的变换效率,具有良好的应用前景。

一种全控型高稳定性一秒螺线管磁场电源

为了使用准稳态磁场引导电子束以实现高功率微波发生器运行在重复频率下,介绍了一种基于开关电源原理的全控型高稳定一秒螺线管磁场电源。其能量储存单元由分为4组的32个分子电容器串、并联组成,总电容量为16.8 F,输出电压最高500 V,总储能2.1 MJ;电容器组充电由4个独立的15 A直流电源完成,充电时间约5min;储存在电容器上的能量通过由IGBT组成的开关整流器向螺线管线圈释放。实验表明,螺线管线圈阻抗≤0.35Ω时,利用脉宽调制器控制磁场电流,磁场线圈电流变化<5%,螺线管线圈最大电流900 A。

车用微波电源的设计

介绍一种高频开关电源的设计，为柴油机排放控制中的过滤体微波再生系统提供电源，也可用于野营或其他车辆的微波炉，替代传统的微波炉用５０Ｈｚ电源。

一种基于油介质开关振荡器的紧凑宽带高功率微波源（英文）

紧凑宽带高功率微波源研制过程中,为了提高工作电压,开关振荡器采用变压器油作为绝缘介质。研制了一种具有较小几何尺寸和前向辐射方向图的组合振子天线作为辐射天线。在设计阶段,采用电磁仿真软件对开关振荡器和辐射天线的性能进行了仿真和预测。然后,对该宽带高功率微波源进行了实验研究,并对辐射场进行了测量。结果表明:开关振荡器的工作电压超过300kV,辐射场rE值(距离和辐射电场峰值的乘积)达到125kV;辐射场中心振荡频率为375MHz,3dB带宽为24%。

新型微波高温试验设备的研发

针对微波高温设备存在器件易烧损、性能不稳定等问题,研发了新型微波高温设备。以基于LCC谐振变换器、全桥整流电路相结合的软开关供电电源替代传统的模拟电源,并以自循环冷却器取代了外供水冷却,明显提高微波高温设备效率、精简设备体积。本设备不仅实现微波高温反应器输出功率连续可调,微波高温设备工作稳定,而且提高了微波高温设备的智能化程度和加热效果。

基于串口通讯的程控射频开关控制器设计

射频开关广泛运用于通讯、能源、自动控制等诸多领域,本文设计了一种基于串口通讯方式的远程可控射频开关,包括其串口远程通讯模块、射频开关模块、电源模块及用户控制界面。该射频开关通过对外部开关信号的监测,实现射频开关的切换,并通过串行口引入上位机的控制方式,方便用户在上位机进行二次开发工作。通过对其微波性能进行了测试与分析,提出下一步研发改进的方法。

应用于微波源的开关电源设计

设计采用TL494为核心的PWM控制芯片,以半桥式转换器为电路拓扑,通过高频变压器的结构和电路设计,完成适用于微波源的高压高频开关电源的设计方案。设计的开关电源具有体积小、重量轻、效率高、控制精度高、稳定度高等优点,可替代原来的高压直流电源应用于微波源中,高效节能,可取得很好的经济效益。

一种大功率微波开关原位检查仪设计

任务系统保障效率是提升装备完好性,提高装备战斗力的重要一环。设计了一种大功率微波开关原位检查仪。实装测试证明,该检查仪可以完成某型任务系统60余个大功率微波开关原位性能检查,极大地节约了人力资源,缩短了检测时间,提高了检测效率。