Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Radio frequency/microwave-directed energy sources using wide bandgap SiC photoconductive semiconductors have attracted much attention due to their unique advantages of high-power output and multi-parameter adjustable ability. Over the past several years, benefitting from the sustainable innovations in laser technology and the significant progress in materials technology, megawatt-class output power electrical pulses with a flexible frequency in the P and L microwave wavebands have been achieved by photoconductive semiconductor devices. Here, we mainly summarize and review the recent progress of the high-power photonic microwave generation based on the SiC photoconductive semiconductor devices in the linear modulation mode, including the mechanism, system architecture, critical technology, and experimental demonstration of the proposed high-power photonic microwave sources. The outlooks and challenges for the future of multi-channel power synthesis development of higher power photonic microwave using wide bandgap photoconductors are also discussed.
high-power photonic microwave wide bandgap photoconductive semiconductor devices linear modulation multi-parameter adjustable microwave generation multi-channel power synthesis Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 012501
魏师铎 1,2,3缑永胜 1,2,3,*杨阳 1,2,3冯鹏辉 1,2,3[ ... ]杨懿豪 1,2,3
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
针对行波选通分幅相机超宽画幅驱动需求，基于宽带多节威尔金森脉冲功率合成方法，设计了一款高压驱动脉冲源。基于有限元分析方法，采用仿真软件对脉冲功率合成电路进行了仿真，系统分析了端口驻波比、插入损耗、端口隔离度、幅相一致性等参数。根据仿真分析完成了脉冲功率合成电路研制，验证系统最终能够利用8路峰值电压为1.3 kV左右、脉冲宽度为3.5 ns左右、脉冲前沿在600 ps左右的单路脉冲合成峰值电压超过3.2 kV的高压脉冲，脉冲宽度在3 ns以内，脉冲前沿在600 ps以内。脉冲频谱范围在300 MHz到3 GHz范围内的两路合成效率为83.5%，特定频率下为88%，八路脉冲合成效率为58%，特定频率下可以达到68%。通过该电路合成的高压脉冲可用于驱动宽20 mm、长95 mm、等效阻抗6 Ω左右的微通道板实现选通成像，验证了基于宽带多节威尔金森电路实现脉冲功率合成，提高分幅相机驱动脉冲功率的可行性。目前基于该技术的高压驱动脉冲源已应用于I-MCP1.0型分幅相机。
分幅相机 超宽带脉冲 脉冲耦合 威尔金森功分器 超宽画幅 功率合成 微通道板 Framing camera Ultra-wideband pulse Pulse coupling Wilkinson power divider Super wide frame Power synthesis Microchannel plate
从分布式阵列交汇区域相干信号功率合成原理出发, 建立分布式阵列相干信号合成数学模型。在此基础上对双线型垂直交叉阵列功率资源优化问题进行数学建模。基于此模型, 考虑到达交汇区域信号是否有相位误差两种情况, 分别进行计算机仿真, 利用SQP算法与遗传算法寻求功率分配最优解, 得到最优功率分配方案, 达到改善信号合成效果的目的, 并为系统的分布式阵列相干信号合成功率资源优化提供解决途径和理论依据。
电子干扰 分布式阵列 空间功率合成 相干信号 功率资源优化 electronic jamming distributed array space power synthesis coherent signal power resource optimization
武汉大学 物理科学与技术学院, 湖北 武汉 430072
基于 130 nm互补金属氧化物半导体 (CMOS)工艺, 设计了一种高增益和高输出功率的 24 GHz功率放大器。通过片上变压器耦合实现阻抗匹配和功率合成, 有效改善放大器的匹配特性和提高输出功率。放大器电路仿真结果表明, 在 1.5 V供电电压下, 功率增益为 27.2 dB, 输入输出端回波损耗均大于 10 dB, 输出功率 1 dB压缩点 13.2 dBm, 饱和输出功率 17.2 dBm, 峰值功率附加效率 13.5%。
互补金属氧化物半导体 功率放大器 变压器耦合 功率合成 Complementary Metal Oxide Semiconductor power amplifier transformer coupling power synthesis 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(4): 716
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学院大学, 北京 100049
发射机在功率合成的时候，由于各固态功率源模块间存在着增益和相位的差异，会导致功率合成效率的下降。针对这一问题，本文通过建立增益和相位的一致性对功率合成效率影响的模型，并结合MATLAB软件进行计算模拟，得到不同增益和相位分布下的最低合成效率分布，为发射机功率合成系统设计提供了具体的相位和增益指标，并为发射机的评估和验收提供了有力的理论依据。
功率合成 固态功率源 增益和相位 合成效率分布 power synthesis solid-state power source gain and phase synthesis efficiency distribution 强激光与粒子束
2019, 31(5): 053001
1 宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315000
2 俄勒冈理工学院, 电子工程与可再生能源工程系, 俄勒冈州 克拉马斯福尔斯市97601, 美国
针对行波探测器阵列只能合成输出功率而不能同时提高工作带宽的现状, 基于m推演型滤波电路原理, 提出了一种新的L型阵列探测器, 即通过在光电二极管之间串联电容减少结电容对截止频率的影响, 再与两个电感串联形成单个阵列单元, 然后将单个阵列单元级联构成全新的L型滤波器电路结构。结果表明, L型探测器阵列能够对射频输出信号进行功率合成, 同时工作带宽提高至67 GHz, 相较于传统光电探测器, 工作带宽提高两倍。通过增加级联光电二极管的数量, 可以持续增大输出功率, 同时L型探测器阵列的推演方法可根据实际需求灵活设计出期望的光电探测器, 为未来大带宽、高功率的光电探测器设计提供理论基础。
行波探测器 阵列 滤波电路 功率合成 光电探测器 traveling wave detector array filter circuit power synthesis photodetector 强激光与粒子束
2018, 30(12): 121002
中国电子科技集团公司第二十七研究所, 河南 郑州 450047
功率合成是获得大能量脉冲激光的有效方案。其中，多台脉冲激光器在时域上实现纳秒级同步是功率合成的关键技术。在论述自适应纳秒级脉冲激光时域同步控制原理的基础上，分析了影响同步时域控制的因素，提出了一种高精度脉冲激光同步时域控制技术。该技术采用负反馈精确延时的控制方式，实现对脉冲激光器出光时间的精确控制。完成了2台脉冲激光器的功率合成实验，实验结果表明，提出的高精度同步时域控制方案可以实现纳秒级精度的激光脉冲同步控制，激光合成效率≥95%。
激光 时域同步 脉冲 电光调Q 功率合成 laser time domain synchronization pulse electro-optic Q-switch power synthesis
电子工程学院 信息处理实验室, 合肥 230037
以稀疏阵相干信号干涉合成原理为基础，建立了相干信号空间功率合成数学模型。基于合成效率的概念，推导分析了交叉波束下波束交叉角度与目标点合成效率的关系。设计了栅基实验，对实验中栅格尺度的选定原则进行了推算分析，为利用计算机无失真地复现多点源功率合成能量分布规律打下了理论基础。通过仿真分析了波束交叉角度对有效功率点分布的影响。结果表明，在多点源与目标点等距、各点源频率相同、极化方向一致的情况下，目标点合成效率仅与空间中各点源之间夹角有关。当波束交叉时，有效功率点密集度与波束交叉角度有关。
稀疏阵列 天线阵 空间功率合成 合成效率 sparse array antenna array power synthesis synthesis efficiency 强激光与粒子束
2016, 28(5): 053201
军械工程学院 静电与电磁防护研究所, 石家庄 050003
全固态快沿脉冲源具有小型化、高稳定性、高重复频率、输出功率低等特点,为了克服单个脉冲源输出功率低的问题,利用ADS仿真软件建立了多节蛇形微带线结构的功率合成器,并用实验验证了功率合成的效果。利用两路高稳定度的脉冲子源作为功率合成的两路输入,通过该功率合成器使两路快沿双指数信号合成为一路快沿双指数信号,实现了功率的提高。实验中脉冲子源的幅度为1.1 kV, 前沿约为2 ns,脉冲宽度为10 ns；两路信号合成后,输出电压为1.6 kV, 前沿约为2 ns,脉冲宽度为18 ns。实验验证了该功率合成模块的可行性,该合成模块还可推广至多路的脉冲子源的功率合成,实现提高快沿双指数脉冲功率的目的。
全固态脉冲源 功率合成器 脉冲功率 脉冲宽度 all-solid-state pulser power synthesis module pulse power pulse width 强激光与粒子束
2015, 27(10): 103232
1 西南科技大学 信息工程学院, 四川 绵阳621010
2 特殊环境机器人技术四川省重点实验室, 四川 绵阳621010
3 中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳621900
针对单个光导天线功率容量有限的问题, 采用光导天线功率合成技术研究高功率、超宽带的太赫兹辐射方法。通过构建三路光导天线功率合成系统, 以500 μm孔径的偶极子光导天线为对象, 进行了功率合成技术研究。结果表明: 当三路500 μm孔径的偶极子光导天线产生太赫兹的光程差一致时, 合成后的时域光谱峰值最大, 时域相干度达90.6%, 提高了太赫兹输出的功率。
太赫兹 光导天线 功率合成 terahertz photoconductive antenna power synthesis
