北京真空电子技术研究所 微波电真空器件国家级重点实验室，北京 100015
为满足聚变用170 GHz回旋管高功率输出和高效率传输的要求，需将高阶工作模式TE25，10转换为高斯波束；针对这一技术需求，完成了170 GHz、TE25，10模式高效准光模式变换器的设计，准光模式变换器由辐射器和镜面系统组成。基于几何光学和耦合波理论，完成了Denisov型辐射器相关设计；基于矢量衍射定理和相位校正算法，设计了由一个抛物面镜面、一个准椭圆镜面及一个相位校正镜面组成的镜面系统；使用Surf3D软件对辐射器进行了优化和计算，使用三维全波仿真软件FEKO对镜面系统进行了优化和计算，主要对辐射器微扰幅值、位置分布及相位差进行了优化。所设计准光模式变换器系统的能量转换效率约为95.2%，波束在输出窗处的标量高斯含量约为97.6%，矢量高斯含量约为91.8%，达到了回旋管的应用要求。
回旋管 模式变换器 准光 Denisov型辐射器 170 GHz gyrotron mode converter quasi-optical technology Denisov launcher 170 GHz
1 中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院, 广汉 618307
2 国网福建省电力有限公司 电力科学研究院 设备技术研究中心, 福州 350007
3 中国民用航空飞行学院 计算机学院, 广汉 618307
为了解决无人机机载激光雷达采集到的点云数据存在密度高但分布不均匀的现象, 以及绝缘子表面纹理信息不全等问题, 提出了一种基于机载激光点云的电网绝缘子识别方法。首先分析杆塔中不同部位的强度值直方图, 用强度值滤波剔除大部分的杆身点云; 然后采用主成分分析法计算局部点云特征值, 根据特征值构建的局部熵函数和空间分布特性删除冗余的平坦区域点云, 并通过栅格修补的方法避免出现点云空洞; 最后针对传统采样一致性初始配准(SAC-IA)算法精度低和速度慢的问题, 通过增加采样点对的距离约束关系和自适应调整参数改进SAC-IA算法完成绝缘子的位姿估计。结果表明, 该方法能正确高效地识别杆塔中的绝缘子, 运行时间大幅减少, 提取正确率达到95.16%。该研究在无人机自主巡检航线规划中具有良好的应用价值。
激光技术 绝缘子识别 无人机 采样一致性初始配准算法 强度值滤波 主成分分析法 laser technique insulator identification unmanned aerial vehicle sample consensus initial alignment algorithm intensity value filtering principal component analysis
北京真空电子技术研究所 微波电真空器件国家级重点实验室，北京 100015
170 GHz兆瓦级回旋管是热核聚变等离子体加热用电子回旋谐振系统最重要的功率源。在获得兆瓦级连续波输出功率的同时，收集极功率密度过大成为限制整管平均功率和脉宽进一步提升的主要问题。因此，设计了具备周期性变化的横向磁场扫描线圈组。通过仿真分析收集极内的电子注分布可知，采用该线圈组可以有效降低功率密度，从而保证整管稳定工作。同时，对不同电流相位的线圈组的性能进行对比分析，优化后的横向磁场扫描线圈组可使收集极平均功率密度由4.7 kW/cm2下降到0.29 kW/cm2，将被应用到未来170 GHz兆瓦级回旋管的热测中。
热核聚变 等离子体加热 回旋管 横向磁场扫描线圈 thermal nuclear fusion plasma heating gyrotrons Transverse Magnetic Field Sweeping Solenoid 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(6): 929
北京真空电子技术研究所 微波电真空器件国家级重点实验室，北京 100015
通过数值计算方法，编程模拟了140?GHz, TE22,6模式回旋振荡管开放式缓变截面谐振腔的传播特性，计算出谐振腔的谐振频率和品质因数；利用CST软件对该高频谐振腔进行仿真计算，得到腔体内横截面的电场分布云图。通过实验和仿真软件得到的数据进行比较，两者有较好的一致性。测试结果表明，当磁场为5.48 T，电子注电流为28 A，电子注电压为68.6 kV时，TE22,6模式的平均输出功率为0.25 kW，峰值功率为0.56 MW。当磁场为5.68 T，电子注电流为27.6 A，电子注电压为69.12 kV时，回旋振荡管可同样工作于TE22,6,2模式，平均输出功率为0.21 kW，峰值功率为0.47 MW。
回旋振荡管 谐振腔 工作频率 品质因数 gyrotron resonator operating frequency quality factor 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(1): 18
针对多旋翼无人机的编队动态航路规划问题, 提出一种蚁群算法和快速扩展随机树RRT算法相结合的改进混合算法。首先利用蚁群算法离线搜索全局航路代价最小的初始航路, 在局部航路规划中提出“协同避障—重构”策略, 同时运用改进RRT算法实时修正几何航路, 使机群满足时间协同约束绕过静态威胁源和突发障碍物, 编队飞行至目的地。仿真结果表明, 提出的改进混合算法和策略能有效规划无人机动态无碰航路, 相较普通RRT算法, 航路最优性及局部航路在线搜索速率得到明显提升。
无人机编队 动态航路规划 队形重构 蚁群算法 快速扩展随机树算法 混合算法 UAV formation dynamic route planning formation reconstruction ant colony algorithm rapidly-exploring random tree algorithm hybrid algorithm
中国电子科技集团公司 第12 研究所 大功率微波电真空器件技术国防科技重点实验室，北京100015
采用谐波工作的回旋管互作用磁场比基波磁场降低了1/s，可降低整管磁场设计难度，具有较大的应用前景。通过对W 波段二次谐波回旋行波管高频介质加载结构、模式竞争和注波互作用研究，确定了该放大器的工作参数。非线性模拟表明，当应用100 kV，20 A，α=1.2 的电子注时，该回旋管可在91 GHz 频率处产生465 kW 的输出功率和49 dB 的增益结果。并且，基于耦合波理论，讨论了一个轴对称半径微扰的TE02~TE01 输出模式变换器，效率在95%以上时，其带宽达到4 GHz。
回旋行波管放大器 W 波段 二次谐波 模式变换器 gyrotron Traveling-Wave Tube W-band second harmonic mode converter 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(3): 365
1 北京真空电子技术研究所, 北京 100016
2 微波电真空国家重点实验室, 北京 100016
3 电子科技大学 物理电子学院, 成都 610054
给出了一种十字交叉型TE□10-TE○01宽带模式转换器的设计原理, 同时完成了一套W波段低损耗输入耦合系统的设计方案。根据该设计方案在电磁模拟软件HFSS中建立三维模型进行优化仿真。得到了衰减为0.14 dB、最大驻波比为1.388、带宽为10 GHz的高性能TE□10-TE○01宽带模式转换器。同时计算得到整套传输系统的衰减小于1 dB, 远小于采用矩形波导TE10模式的衰减(约15 dB), 大大提高了传输效率, 降低了能量损耗。实际加工得到了一对模式转换器, 经测试可得其衰减为1 dB左右, 整套系统的衰减约为3 dB, 与矩形波导(衰减约为15 dB)相比, 有了很大的提高。
回旋行波管 低损耗输入耦合系统 模式转换器 gyro-traveling wave tube low loss input coupling system mode converter 强激光与粒子束
2015, 27(5): 053004
北京真空电子技术研究所 微波电真空器件国家级重点实验室， 北京 100015
为了解决目前3 mm回旋行波管所使用的蓝宝石输出窗因功率容量不足而发生破裂的问题。从抗热震性和功率容量两个方面出发，对常用的几种窗片材料进行了对比。在国内首次以微波等离子体化学气相沉积金刚石为窗片材料，利用数值计算及ANSYS软件仿真设计了用于3 mm回旋行波管的低反射，低吸收，宽带宽，高功率容量的输出窗。结果表明，所设计的输出窗适用于TE01模式输出，其S11参数小于-20 dB的带宽为6 GHz。同时，该输出窗具有良好的抗热震性，在自然对流散热条件下具有61 kW的功率容量。
回旋行波管 输出窗 金刚石 抗热震性 功率容量 gyro-traveling wave tube output window thermal shock resistance power capacity 强激光与粒子束
2014, 26(11): 113003
北京真空电子技术研究所, 大功率微波电真空器件技术国防科技重点实验室, 北京 100016
利用粒子模拟软件和热分析软件，对W波段回旋行波管收集极区的电子轨迹和热分布进行了仿真计算。通过对收集极磁场参数的优化，调节了收集极区的电子分布，使得电子轰击区域从17.05 cm2增加到28.52 cm2，提高了67%，从而降低了单位面积的功率密度。通过对收集极内壁热分布的仿真分析，确定了1 kW/cm2的功率密度及1.12 L/s的冷却水流量，以确保收集极内壁温度低于材料熔点，不会产生物理损坏，使得收集极能够稳定工作，保证了管子的工作稳定性。通过热仿真计算验证了优化方案的可行性，并已应用于实际。
回旋行波管 收集极 粒子模拟 电子轨迹 热仿真 gyrotron traveling-wave tube collector particle-in-cell electron trajectory thermal analysis 强激光与粒子束
2014, 26(11): 113002
