89~183 GHz冷光学和准光学系统设计

根据准光和高斯波束的基本原理,对准光反射镜和透镜进行研究,设计了一套毫米波亚毫米波天线准光馈电系统,通过两条光路实现89~115 GHz、176~183 GHz两个频段同时接收电磁辐射信号。采用椭球面反射镜和透镜实现波束会聚,控制系统结构包络;通过极化栅网分离通道,对双通道指标进行计算和初步分析。该系统工作在低温环境下,针对实际需求和冷光学分析,对准光器件的空间位置和波束半径提出约束并优化。理论计算和仿真结果表明,该系统满足冷光学和准光学的设计要求。

Broadband Quasi-Yagi Antenna for WiFi and WiMax Applications

In this paper, we present a broadband quasi-Yagi antenna. Good impedance matching is obtained by using parasitic elements. The antenna has been designed and successfully measured. Experimental results show that the 10 dB return loss bandwidth of this antenna is 50% operating from 2.3 GHz to 3.8 GHz. We obtain very flat gain (around 5 dB) over the entire bandwidth. For the design and optimization of antennas, we use HFSS CAD software from ANSOFT.

准光激励毫米波圆波导旋转TE_(62)模式产生器

介绍了采用准光方法激励圆波导产生旋转TE6 2模式的设计原理、测试方法和实验结果。该模式产生器由毫米波光学系统和开放同轴波导谐振腔系统组成:毫米波光学系统由角锥喇叭天线、双曲面反射镜、抛物面反射镜、修正抛物面反射镜等部件组成;开放同轴波导谐振腔系统由开放同轴波导谐振腔、圆波导、测试辐射喇叭天线组成。通过网络分析仪和毫米波近场自动测试系统测试表明:该模式产生器在频率为96.4GHz附近产生的圆波导旋转TE6 2模式的纯度达到97%。

X波段永磁包装相对论返波管研制

设计了一个X波段相对论返波管,通过对器件结构的特殊设计,提高了器件的Q值,同时增大了电子束与慢波结构之间的耦合阻抗,从而实现器件的低磁场运行以便对其进行永磁包装;当引导磁场强度0.46T、电子束束压750kV、束流约5.5kA时,得到频率9.1GHz、功率1.24GW的微波输出。根据模拟结果设计加工了一个磁场强度为0.46T的小型化永磁磁体,该磁体长48cm,最大外半径15cm,总重量约116kg。开展了永磁包装返波管的实验研究,得到以20Hz的频率运行1s时功率900 MW、单次运行时功率940 MW的X波段微波输出。

低引导磁场相对论返波管振荡器设计

从线性化的Vlasov方程出发,研究了相对论返波管中产生的微波功率与磁场的关系,给出了低引导磁场相对论返波管振荡器的设计准则;设计了一个高效率的高功率返波管振荡器,通过采用过模的分段、非均匀慢波结构,实现器件的高效率、高功率运行,同时通过在慢波结构末端添加部分反射腔来降低引导磁场强度。当引导磁场强度为0.6 T、电子能量和束流分别为800 keV和7.6 kA时,采用2.5维Particle in Cell(PIC)程序模拟得到频率为9.6 GHz、功率为1.85 GW的微波输出。

大功率太赫兹返波管振荡器设计

设计了一个过模太赫兹返波管振荡器,通过对慢波结构的精心设计,使电子束动能得到充分提取,实现器件的大功率及高效率运行。在电子能量和束流分别为280keV和320A的条件下,当引导磁场强度为3T时,采用2.5维Particle in Cell(PIC)程序模拟得到频率为121.8GHz、功率为13MW的太赫兹波输出,器件的束波转换效率约为14.5%。

准光系统中椭球面反射镜面截取方法

为了改善准光学馈电网络在气象卫星中的应用效果,提出了一种应用于准光学馈电网络中新的椭球镜面截取方法,该方法能够有效降低椭球镜面产生的损耗,并减小镜面面积.椭球镜是准光学馈电网络中用于波束传输的重要器件,经过分析高斯波束传播模型发现常规截取方法设计的椭球镜会导致额外的能量损耗,影响系统整体的电气性能.针对该问题,通过建立椭球镜面传播高斯波束模型,优化了常规镜面截取方法——根据高斯波束传播至镜面对应的束腰半径将镜面作相应平移.经过仿真发现,优化后镜面边缘的最大电平从-30 d B降低到-35 d B以下,并且镜面尺寸减小10%~30%.改进的镜面设计方法更有利于系统的紧凑布局和良好的电气特性,提高了系统信噪比,能保证微弱气象信号在传输过程中的能量维持,对改善准光系统的性能有很大意义.

一种新型毫米波馈电系统

介绍一种新型开放式毫米波馈电系统——超导准光系统 ,该系统已成功地应用于我国的 1 3.7m口径毫米波望远镜上 ,它工作于 2 .6mm波段 ,已成功进行天文实测和天文研究工作。该系统应用了一个新型 4K低温致冷系统 ,可工作于二个频段。文中详细介绍了该系统的设计理论及研制结果。实测结果表明 ,整个系统的插损在 2 .6mm波段仅 0 .1 d B,这种损耗比起波导系统而言 ,是极其微小的。接收机的系统噪声温度在 85GHz～ 1 1 2 GHz宽带内 ,优于 87.6K。该系统至今已在青海高原使用一年时间 ,目前仍在正常工作。

利用遗传算法设计可见光波段全能反射器(英文)

介绍了遗传算法在设计宽频带全能反射器中的应用.设计的关键是通过遗传算法寻找到不同一维准周期光子晶体间的最佳组合方式以及光学厚度以便形成一个光子晶体异质结.利用传输矩阵法分析了一维准周期系统中的电磁传输特性.计算结果表明,准周期光子晶体的全方向反射带宽受晶胞单元以及周期数的影响.根据这些规律,用遗传算法成功地优化了光子晶体异质结的结构并得到两种适用于可见光波段的高性能全能反射器.例如结构为(HLLHL)13(HL)13(LHL)15[注:nL=1.46,nH=2.6,dL=0.218λ0/nL且dH=0.201λ0/nH]的反射器在可见光波段内的全方向反射带宽达到了88.42%(446nm～779nm).

星载太赫兹辐射计天线系统设计与分析

设计了一套星载太赫兹辐射计天线系统,分别由偏置大口径卡塞格伦反射面天线和前端准光学馈电网络组成,可以实现300GHz、380GHz和425GHz三个频率通道同步接收电磁波辐射信号.详细介绍了准光学馈电网络的设计原理以及馈电组件的设计过程,通过仿真分析可以验证馈电网络的输出参数完全满足设计指标要求.还介绍了太赫兹辐射计天线模型的建立过程,通过分析并计算各频率通道的远场辐射特性,结果表明:天线系统具有高增益、高隔离度等良好的辐射特性,其主要电性能参数,如主波束效率、交叉极化水平等,明显优于其他辐射计系统参数,有效地验证了该天线系统设计方案的合理性与可行性.

星载大口径太赫兹反射面天线设计与实现

为解决大口径太赫兹反射面天线工程实现的难题,提出了一套口径 2.5 m 的星载太赫兹天线系统。该天线由大口径反射面天线和准光学馈电网络组成,可以接收 183 GHz 微波电磁信号。详细介绍了天线系统电性能仿真分析与大口径反射器的结构方案,对加工完成的大口径太赫兹天线系统进行了电性能测试,实测天线主波束效率达到 90.2%,能够满足静止轨道卫星载荷的应用需求。

新型高效率虚阴极振荡器

结合低磁场返波管振荡器和虚阴极振荡器的优点,设计了一个具有较高效率的虚阴极振荡器,通过添加半反射腔,使虚阴极在由阳极箔、波导和半反射腔组成的准谐振腔内形成,实现器件的高效率、高功率运行。当电子能量和束流分别为480keV和23kA时,采用2.5维粒子模拟(PIC)程序模拟得到频率为3.7GHz、功率为2.6GW的微波输出,器件束波转换效率约为23%。

星载半刚性自回弹天线反射器在轨热变形分析与优化

为了分析和保证半刚性自回弹天线在空间热交变环境下的型面精度,文章采用有限元分析的方法对自回弹天线在轨热变形情况进行了仿真与优化。充分利用了反射面构型的圆对称性特点,提出了一种对反射面筋条采用各向同性铺层、反射面根部边界采用圆对称约束的优化设计方案,确保了反射面结构的在轨热变形在0.4毫米以内。

基于准光技术的94GHz星载反射面天线设计

准光技术(Quasi-Optical Technology)具有低插损、宽频带、多极化能力、高功率容量等优点,被广泛应用于毫米波星载天线系统中。以高斯波束理论为基础,设计了94GHz星载偏置卡塞格仑反射面天线及与之匹配的准光馈电网络,并进行了准光馈电网络和0.68米反射面天线的样机研制,实测结果与仿真设计吻合度较好,天线实测增益54.7dB,-3dB波瓣宽度0.31度,副瓣-18dB,系统辐射效率达66%。

毫米波TE_(62)准光模式产生器的研究

介绍了准光激励旋转TE62模式产生器的工作机理。采用准光学系统对腔壁带有小孔的谐振腔激励,在毫米波段实现高斯基模转换到旋转TE62模式的转换。重点对腔壁带有小孔的同轴腔体谐振腔内部场结构进行了分析。研究了同轴比对模式分离的影响以及如何选取,提高模式转换器的效率和模式转换纯度。设计了在频率96.4 GHz附近同轴圆波导旋转TE6 2模式激励器。并对装置采用毫米波近场自动测试系统进行实测,模式纯度达到97%。