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。

散裂中子源的高频系统和高功率微波器件

散裂中子源是利用高能质子束产生中子束的大科学装置。它在核物理研究、生产同位素和处理核燃料等方面有广泛应用。高功率微波器件是驱动散裂中子源的质子直线加速器的核心电子器件。本文介绍了美国、英国和日本已建成的散裂中子源的高频系统和采用的P波段高功率速调管,介绍了正在建设的中国散裂中子源CSNS和欧洲散裂中子源ESS的高频系统和采用的高功率微波器件。论文还讨论了P波段多注速调管和多注感应输出管的主要特点,以及采用这些新型高功率微波器件替代P波段大功率速调管的可能性。

1.5MW高功率连续波PSM电源研制

为了测试新型高功率速调管,开展了高功率连续波脉冲步迹调制(PSM)高压电源的研制工作。介绍了电源系统的主要指标和工作原理,对电源核心部件多绕组变压器进行了建模仿真并对其分布电容储能情况进行了分析,阐述了PSM模块的设计方法和电源控制系统及其控制策略等关键技术问题。描述了速调管快速保护电路的设计和功能,结合熔丝短路试验对保护效果进行了评估。在额定负载条件下,测试了电源输出特性并给出了有关波形,电源输出达到75 k V/20 A,电压纹波<1%,打火保护速度<10μs。试验证明该电源设计合理可靠、运行稳定,可以用于速调管测试。

百兆瓦级高功率速调管电子光学系统的研究

基于强流电子光学理论确定了S波段100MW速调管电子枪初始参数,对电子枪电极进行优化,获得了导流系数2.0μA.V-3/2、枪内场强低于22kV.mm-1、层流性良好的电子枪。设计了均匀磁场电子注聚焦系统,通过对过渡区磁场的调整,实现了对电子注的良好聚焦,模拟表明电子注填充因子约76%,通过率100%且波动较小。样管的热测实验结果与设计取得了良好的一致性。

W波段高频输出窗仿真与实验研究

研究了W波段高频输出窗的工作特性及三个关键结构尺寸对工作特性的影响规律。结果表明,驻波比小于1.2的频带为94.21~94.76 GHz;驻波比小于1.1的频带为94.34~94.64 GHz;工作频带内无谐振模式;窗片厚度对工作特性影响最大。热力学分析显示,温度最高点和应力最大点分别位于陶瓷窗片中心和边缘;最高温度和最大应力分别为117℃和144MPa。研制并测试了W波段高频输出窗。测试结果表明,驻波比小于1.2的频带为94.13~94.60 GHz,驻波比最小值为1.06,对应的频率为94.40GHz。

真空电子学和微波真空电子器件的发展和技术现状

真空电子学是研究真空中与电子相关的物理现象的学科,主要研究电子的产生和运动、电子与电磁波和物质的相互作用,是各类真空电子器件和粒子加速器等真空电子装置的基础。微波真空电子器件是最重要的真空电子器件,已广泛应用于国防、国民经济和科学研究领域,是军用和民用微波电子系统的核心器件,本文将介绍真空电子学和微波真空电子器件的发展历史,技术现状和应用情况,并对其发展趋势作简要的评述。

梯形结构高功率扩展互作用速调管

对平面梯形结构多间隙谐振腔的模式分布、特性阻抗、耦合系数以及工作稳定性进行了研究.在此基础上给出了W波段高峰值功率扩展互作用速调管高频互作用系统设计,并采用三维粒子模拟(PIC)技术对电子的速度调制、群聚及其与高频场的相互作用和能量转换等物理过程进行了研究,定量给出了放大器的功率、带宽、效率以及增益等关键技术指标.PIC结果显示:在中心频率94.52 GHz以及电压16 k V、电流0.6 A的电子注参数下,最大输出功率达到1.8 k W,相应的增益和电子效率分别为47.7 d B和19.4%;扫频结果显示瞬时3 d B带宽为210 MHz.

大功率速调管的技术现状和研究进展

本文介绍了大功率速调管的技术现状、发展动态和应用情况,介绍了我国在该领域开展的主要研究工作和取得的主要研究进展,并对速调管技术的发展进行了展望。

高功率多注速调管TM_(310)模圆柱形谐振腔杂模抑制方法

该文针对TM310模(主模)圆柱形谐振腔提出了一种新的杂模抑制方法。为抑制与主模相邻的低次杂模TM020,采用在谐振腔中放置接收振子天线的方法,并推导了放入接收振子天线后,模式频率变化量的表达式。由此发现:模式频率变化量仅依赖于该模式在接收振子天线处的电场强度,而与其磁场无关;通过适当调整接收振子的位置,可使主模和TM020模具有不同的频率变化量,从而能增大模式之间的频率间隔,避免TM020模对主模的干扰。另外,为抑制与主模相邻的杂模TM+310,采用了在谐振腔中放置短路杆阵的方法。利用CST-MWS软件对X波段此类谐振腔进行了模拟计算,验证了该方法的有效性。

高能束焊接技术在电真空器件制造工艺中的应用与发展

高能束焊是制造电真空器件的关键工艺技术,工艺参数的确定直接影响电真空器件的质量可靠性。文中结合两类重要的电真空器件(行波管和速调管)的技术特点,简要介绍了高能束焊接技术(激光焊和电子束焊)在电真空器件制造过程中的应用情况,并给出了一些具体的应用实例,对激光焊和电子束焊的特点和适用性进行了比较。最后就高能束焊的技术特点和发展情况,对其今后在电真空器件制造领域的应用前景进行了展望。

高峰值功率多注速调管的发展

高峰值功率多注速调管是一种新型的微波电真空器件,其广阔的应用前景已受到人们的高度关注。本文详细介绍了国际上已经研制成功和正在研制的几种高峰值功率多注速调管的情况,给出了这些速调管的具体参数,讨论了这些速调管在研制过程中需要解决的关键技术问题。

S波段宽带高平均功率速调管群聚段的研制

介绍一种S波段、200MHz带宽、22kW以上高平均功率速调管群聚段的研制过程。热测结果和2.5维Arsenal软件都验证了最初设计时带内存在凹点。在整管长度和腔体间隙渡越角不变的前提下,将二、三腔设计为对腔,有效地消除了带内凹点,证明对腔是消除凹点的有效方法之一。采用一维大信号软件研究各腔参数对输出功率的影响,有效地提高了高端频点的功率和整个带内功率,计算结果和热测结果的变化趋势基本一致。

X波段高功率带状注速调管电子枪的研制

介绍了为新型高功率速调管研制的能产生矩形截面束流的带状注电子枪,其设计工作电压300kV,工作电流330A,导流系数约2.0μp,矩形柱面阴极100mm×40mm,经一维压缩形成的束流截面尺寸为100mm×8mm,电子注的层流性较好。按照设计值制成了带状注电子枪密封管并对其性能进行了测试,初步的实验结果表明电子枪的电性能指标达到了设计要求。

TM_(11)模对高功率盒形窗次级电子倍增效应影响的研究

本文对S波段盒形窗内TE11模和TM11模两个模式存在下的次级电子倍增效应进行了分析,证明了TM11的存在会影响盒形窗次级电子倍增的阈值,通过对比双面法向谐振倍增(法向电场激励)和单面切向倍增(切向电场激励)两种倍增方式,证明了TM11模法向场的存在改变了窗片表面次级电子倍增的轨迹,使次级电子倍增的电场阈值上限降低,且该现象是由倍增初期的窗片表面的双面谐振所致。

S波段高功率窗型水负载的设计

磁控管是一种输出功率大、效率高，而成本较低的微波真空电子器件，广泛应用于雷达、电子对抗、工业加热等电子系统。其中，工作在s波段2450MHz频率的连续波磁控管最大输出功率30kW，广泛应用于工业加热系统。为了满足s波段磁控管大功率微波测试的需求，本文设计了一种新的s波段50kW大功率窗型水负载。该水负载采用高密度A1zOs陶瓷片作为微波辐射窗，具有功率容量大、频带宽、体积小、重量轻、结构紧凑等优点，既可用于磁控管、速调管等微波真空电子器件的大功率测试，也可作为微波电子系统中传输功率或反射功率的吸收匹配负载。仿真计算结果表明，S波段水负载在2200～2900MHz频率范围内电压驻波比小于1．15，在2450±50MHz频率范围内电压驻波比小于1．06，在2860±50MHz频率范围内电压驻波比小于1．05。

X波段50MW高功率速调管注波互作用系统的研究

高功率X波段速调管必须依靠高性能的注波互作用段来实现,互作用段的作用是使入射的连续电子注逐步转化为分离的群聚块,之后在通过输出腔的过程中,间隙电场使群聚块减速将电子的动能转化为微波能量向外输出。速调管的注波互作用段由一组性能参数各不相同的谐振腔组成,各腔的谐振频率、品质因数、特性阻抗以及沿轴线的分布位置等均对整管的效率、增益和输出功率有直接的影响。我们首先使用基于圆环模型的2.5维注波互作用程序通过反复优化找到了一组基本参数,随后在CST中建立了三维仿真模型对该结构进行了验算,实际计算表明在电子注电压和电流分别为440kV和350A时,速调管的输出功率大于50MW,所得结果满足设计要求。

S波段10%带宽高平均功率多注速调管的研制进展

本文报道了中国科学院电子学研究所在S波段宽频带高功率多注速调管方面的研究进展。该多注速调管峰值功率500 kW,平均功率30 kW,瞬时相对带宽为10%,是电子所目前宽带多注速调管中平均功率最大的一种管型。最大的挑战为实现宽频带的同时在高平均功率工作状态下保障强流电子注的聚焦和传输,减少高频状态下的电子注截获。目前研制出了两只样管,采用基模工作模式,24个电子注,注电压为29 kV,注电流50 A。经过测试,在10%的相对带宽内,效率大于40%,输出增益大于37.5 dB,本文将介绍相关的仿真结果和热测结果。

盘荷波导结构高频特性分析及其在高功率速调管中的应用

以周期边界法、谐振法以及微扰法分别对盘荷波导结构色散特性、耦合阻抗进行分析,研究了不同结构参数下盘荷波导结构高频特性的变化规律。设计了C波段π/2模速调管盘荷波导输出结构,对其注-波互作用开展了PIC粒子模拟。计算结果表明,相对于传统单间隙圆柱输出腔,盘荷波导输出结构可以在获得高效率的同时显著降低输出间隙场强。

高峰值功率速调管的研制进展

本文详细介绍了中国科学院电子学研究所在发展高峰值功率速调管方面取得的最新进展,给出了这些速调管的主要技术特点和技术指标,讨论了高峰值功率速调管在研制中存在的关键技术问题。

超大尺寸人造大理石微波快速固化技术研究

人造大理石以不饱和聚酯树脂为粘结剂,以碳酸盐类石材(大理石、石灰石等)碎料、粉体为主要填料。人造大理石生产过程中固化时间长(通常10~15天)是整个行业面临的瓶颈问题。本文提出了采用P波段915 MHz频率的微波实现超大尺寸人造大理石(3.2m×1.6m×0.95m)快速固化的方法,分别介绍了微波固化实验样机的研制及初试结果,以及工程样机的研制及中试结果。工程样机最大功率150kW,已投入试生产,完成近3000颗超大尺寸人造大理石荒料的微波固化处理,工作稳定、可靠、安全。微波固化时间由自然固化的10~15天大幅缩至1h以内,微波固化后人造大理石产品质量满足行业标准要求,光泽度、均匀性、线性热膨胀系数等关键指标得到有效改善。