强激光与粒子束
2023, 35(6): 065004
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 高功率微波技术研究所, 长沙 410073
针对现有基于特定模式成分所设计的高功率mTM0n-TEM/TM01混合模式转换器的工作原理,提出了一种大过模比结构下高功率TM0n混合模式的转换方法,可以实现将状态相对稳定且成分已知的GW量级任意模式成分比例、任意相位差的高功率TM0n混合模式微波高效转换为单一的TEM模或TM01模。利用该设计原则对之前所设计的高功率TM0n混合模式转换器进行优化改进,在保留了原有器件功率容量和频带特性的同时,大幅简化器件设计结构。
高功率微波 相对论返波管 TM0n混合模式 模式转换 high power microwave relativistic back wave oscillator TM0n mixed modes mode conversion 强激光与粒子束
2016, 28(12): 123001
国防科学技术大学 光电科学与工程学院 高功率微波技术研究所, 长沙 410073
由于过模Ka波段高功率微波返波管通常输出TM0n混合模式，在保证较高能量转换效率的条件下，难以同时兼顾其输出模式的纯度，而辐射终端为达到理想发射效果则要求单一模式馈入，这就给输出混合模式微波源的实际应用带来困难。针对这一技术难点，提出了一种结构紧凑的TM0n-TEM(n≤ 5)混合模式转换器的设计方法，利用内外两路同轴阶梯波导并配合适当的插板调相结构可以实现在高功率容量条件下，较宽频带范围内，高效地将TM0n混合模式转换为单一的TEM模，降低了此类高频段HPM源模式纯化设计的难度。
高功率微波 相对论反驳管 Ka波段 TM0n混合模式 模式转换 high power microwave relativistic back wave oscillator Ka-band TM0n mixed modes mode conversion 强激光与粒子束
2016, 28(3): 033014
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
提出了一种多层螺线管线圈电感的精确计算方法，其思想是叠加螺线管单层线圈的自感和不同线圈层之间的互感。建立了用于计算单层线圈自感的显示表达理论模型，给出了两层线圈之间互感的数值计算方法。使用提出的精确算法，计算出一个实验中使用的螺线管线圈的电感为4.30 mH，与实验测量的电感值4.33 mH的偏差小于1%。
三层螺线管 自感 互感 磁场 高功率微波 three-section solenoid self-inductance mutual inductance magnetic field high power microwave 强激光与粒子束
2016, 28(2): 023001
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
对相对论速调管放大器(RKA)锁相特性进行了粒子模拟与实验研究。在2.5维粒子模拟中，研究了电子束电压波形特征对RKA锁相特性的影响，结果表明：电子束电压波形上冲对RKA锁相特性有正面影响，即能够减小相位差达到锁定状态的时间，幅度为20%的上冲导致大约23°的相位差变化；波形顶降则对RKA锁相特性有负面影响，可使相位差过早地偏离稳定值，幅度为5%的顶降大约能引起50°的相位差偏离；电压波形的上升时间对RKA相位锁定特性也有影响，但规律不明显。在三维粒子模拟和实验中，研究了导引磁场大小对RKA锁相特性的影响，结果表明，在1.6 T以下，RKA输出微波与种子源微波之间的相位差锁定值总体上随导引磁场的增大而减小，在细节上，呈现阶跃形式，即一定范围内导引磁场大小变化不会导致相位差的改变。实验研究表明，在导引磁场范围为0.6~1.2 T时，RKA锁定相位差随导引磁场的增大而减小，阶跃现象不明显。
相对论速调管放大器 锁相特性 波形特征 导引磁场 relativistic klystron amplifier phase-locking waveform characteristic guiding magnetic field
国防科学技术大学 光电科学与工程学院， 长沙 410073
采用Laplace变换的方法求解了无损耗情况下层叠Blumlein线输出电压的解析表达式。从传输线两端口网络模型出发，分别求出了负载端短路和开路时传输线特征阻抗的频域表达式。简化了单Blumlein线电路结构，并求出了其输出电压的解析表达式。在此基础上，结合电路叠加原理，求解出了典型的2级层叠Blumlein线输出电压的时域解析表达式。采用递推法，推广得到任意级数情况下的输出电压波解析解。
层叠Blumlein线 两端口网络模型 脉冲解析解 递推法 stacked Blumlein lines two-port network model analytical expression of pulse recurrence method
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
采用一种具有高储能密度的玻璃陶瓷板介质作为平行平板层叠Blumlein线(SBL)的储能介质, 设计了一种平行平板SBL。针对该SBL的特点, 设计了一种层叠轨道间隙触发开关。在实现多通道时, 模拟与实验研究结果均表明该开关的上升时间小于10 ns。为验证这种设计理念, 制造了一台2级平行平板SBL样机, 实验结果表明, 该结构适合于实现脉冲功率系统的模块化设计。
层叠Blumlein线 陶瓷储能介质 高储能密度 轨道间隙开关 触发开关 stacked Blumlein line ceramic storage dielectric high energy storage density rail-gap switch triggered switch
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
从理论上分析了周期性矩形刻槽对喇叭天线输出窗真空侧次级电子倍增的影响。采用动力学方法分析得到电子沿介质窗表面运动的渡越时间和碰撞能量, 验证得到一定尺寸的矩形刻槽介质窗可以有效抑制次级电子倍增效应。在此情况下, 对比了刻槽和不刻槽两种输出窗的辐射特性, 发现周期2 mm、宽度1 mm、深度1 mm的矩形刻槽对介质窗辐射特性的影响可以忽略。
高功率微波 输出窗 次级电子倍增 矩形刻槽 high power microwave output window multipactor rectangular groove
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
指出了磁绝缘线振荡器(MILO)微波提取结构传统设计方法中可能存在的问题。通过高频电磁软件模拟得到当微波提取结构具有不同特征阻抗时TEM模式功率传输效率在MILO工作频点附近的频率响应规律。模拟结果表明, 当MILO阻抗较高时, 用传统方式设计的微波提取结构不能满足TEM模式传输的要求。为了解决高阻抗情况下TEM模式的传输困难, 提出并讨论了阶梯负载的设计方案。进一步模拟结果表明, 阶梯负载克服了TEM模式的传输困难, 提高了微波提取结构对MILO频率漂移的适应能力。
微波提取结构 阶梯负载 支撑杆 高阻抗 粒子模拟 microwave extractor ladder load support post high impedance PIC simulation
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
高介电常数陶瓷储能脉冲形成线需要用到多开关触发的层叠Blumlein线结构。从形成线波过程理论出发，分析了多开关导通时间分散性对层叠Blumlein线及其输出波形的影响。主要包括两方面影响：其一是造成输出方波脉冲的前沿和后沿均出现阶梯形畸变；其二是使得各延迟导通的平行平板Blumlein线承受过电压，容易引起陶瓷储能介质的电击穿。在不单独考虑开关电感的理想情况下，利用PSpice电路程序模拟了开关导通时间分散性对四级层叠Blumlein线的影响，模拟结果与波过程理论分析一致。为减弱这些影响，提出了可行的解决方案。
层叠Blumlein线 多开关 导通时间分散性 陶瓷介质 stacked Blumleins multiple switches dispersity of closure time ceramic dielectrics
