一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0~360°相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5dB,相频曲线呈线性关系。     

X波段高功率微波一维相扫漏波天线阵

研究了一种可一维相扫的X波段高功率微波漏波天线阵,该天线阵由高功率微波功分网络、移相器和漏波平面阵组成。漏波平面阵由8个矩波导漏波线阵组成,增益29.6dB,口面效率70%,设计功率容量0.91GW;功分器网络采用圆波导TM01-双矩波导TE01模式变换和串列式矩波导功分器形式,输出端口间的不平衡度小于1.6dB,设计功率容量1.1GW;移相器采用侧壁簧片弯进改变矩波导宽度,实现0~360°移相,单路功率容量150MW。整阵相扫性能的全波仿真分析结果表明,在主瓣增益下降3dB的情况下,扫描角度可达到±40°。     

S波段高功率微波波导输出多工器研究

 在数值分析的基础上，采用加宽的波导结构设计了一种S波段三路高功率微波输出多工器，通带范围分别为2.65~2.75，2.80~2.90和2.95~3.05 GHz。该多工器每路的传输损耗在0.1 dB以下，反射损耗在15 dB以上，各路之间的隔离度在30 dB以上，能量效率在95%以上。利用电磁场全波分析软件，验证了宽边加宽的波导输出多工器功率容量达到GW量级。     

基于过模波导的高功率微波准相干功率合成器

研究了一种用于功率合成的GW级高功率微波功率合成器。该合成器工作在X波段,输入微波由2路工作频率不同的X波段的微波源产生。为了满足输出功率和功率容量的要求,用于功率合成的微波源工作段波导的过模因子为12.7,这给功率合成器的设计带来了一定的困难。着重讨论了如何利用过模波导设计X波段高功率合成器,研究了如何抑制过模波导的高次模式并提高其功率容量和传输效率。设计的功率合成器单路传输效率达到99.0%以上,允许的最大输出功率达到5.6 GW以上,还可以按照需求适当增大高度,以进一步提高其功率容量而不影响传输效率。     

S波段高功率径向线输出窗的设计

为进一步改进和优化高功率径向线阵列天线的拓扑结构,提高功率容量水平,并满足馈源的真空密封需求,提出并设计了一种适用于高功率径向线阵列天线的微波输出窗。该高功率径向线输出窗采用圆环形陶瓷,材料介电常数为9.4,窗片厚度为3 mm,内径为36 mm,可实现径向线阵列天线馈电系统的输入同轴波导与输出同轴波导间的真空密封。设计结果表明:在中心频率为2.856 GHz下,该径向线输出窗驻波比为1.03,插入损耗为0.17 dB,设计功率容量约150 MW。     

铁电体移相器高功率微波应用研究

为拓展高功率微波阵列天线的波束扫描范围, 将铁电体移相器引入到高功率微波领域。分析铁电体移相器的工作原理, 并研究其应用于高功率微波领域可能遇到的问题, 利用时域有限差分法对高功率微波在铁电体材料中传播的简单模型进行分析, 研究了微波功率及偏置电场对输出波形的影响, 并进一步分析铁电体移相器应用于高功率微波领域的可行性。结果表明:在不考虑介质损耗的情形下, 选择适当的铁电体材料可以在10 cm内实现L波段180相移, 同时传输效率达到90%以上。     

功率容量大于1GW的组合式旋转关节

用耦合波理论分析了过模圆波导中不同模式之间的转换和波导弯曲半径之间的关系,研制了弯曲角度为90°的过模圆波导弯头,设计了一种结构简单的TM01过模圆波导旋转结构。对圆波导弯头和旋转结构的高功率测试证明,它们在X波段功率容量均大于1 GW,微波传输效率均大于93%。在此基础上,提出了一种组合式旋转关节,该关节能够在方位和俯仰上实现360°旋转,可应用于高功率微波的发射天线。     

圆波导硅探测结构对X波段电磁波模式的响应

采用数值模拟和理论分析方法,研究了圆波导内置n-Si探测结构对X波段几种常用电磁波模式的电场响应。首先基于强电场下的热载流子效应,设计了一种利用n-Si进行高功率脉冲实时测量的圆波导探测结构。接着采用三维并行电磁场时域有限差分方法,模拟研究并分析了TE11(两种极化方向)、TM01和TE01模式作用下圆波导探测结构内的横向电场分布特点。结果表明:不同模式下探测芯片内的横向电场均以径向电场为主,径向和角向电场幅度比约为10,而芯片在圆波导内引入的横向电场驻波比均不大于1.3。最后推导了圆波导探测结构在不同模式电场作用下的灵敏度表达式,理论分析指出了探测结构的最大承受功率与圆波导模式有关,最高可达422MW,响应时间则均为ps量级,初步证实了该探测结构可用于X波段百MW级脉冲波源在线探测的可行性。     

L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统,系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量,天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板,除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明,设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时,增益为22.7 dBi,天线口径效率为98.3%,反射系数为-25 dB,带宽达到5%,带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2。系统功率容量达到1.92 GW。     

高功率内置弧形折线栅式极化转换天线罩的设计与实验研究北大核心CSCD

为了实现天线罩的轻量化,同时满足高功率的应用,提出了一种高功率内置弧形折线栅式极化转换天线罩。该天线罩将弧形折线栅式极化转换板放置于介质密封罩内部,通过对弧形折线栅单元结构及介质密封罩结构的联合设计,在实现轻量化的同时降低了金属栅上的电场,使其更加有利于在高功率微波领域的工程应用。针对C波段高功率线极化螺旋阵列天线的应用需求,优化设计了一个中心频率为4.3 GHz的高功率极化转换天线罩,将其加载至某高功率径向线螺旋阵列天线上开展了辐射特性和功率容量的仿真和测试,仿真和实验结果吻合,该天线罩可实现圆极化波到线极化波的转换,其中心频率下的插入损耗为0.2 dB,主射方向轴比为20 dB,功率容量达到48 MW。     

一种新型高功率微波相移器

 研究了一种新型高功率微波相移器同轴插板式相移器,其设计思想为：在同轴波导内插入金属导体板,将同轴波导分为几个扇形截面波导,由于扇形截面波导中传输的TE₁₁模相速度与同轴TEM模的相速度不同,通过改变插入金属板的长度就可以实现相移的调节。设计了中心频率为4 GHz的同轴插板式相移器,并进行了数值模拟验证。结果表明：当相移器同轴波导内半径为2.0 cm,外半径为4.5 cm,相移器总长度为50 cm时,可实现的最大相移量为360°,在3.9~4.1 GHz频率范围内相移器的插入损耗低于0.1 dB。     

同轴插板式相移器数值模拟与实验研究

 根据同轴插板式相移器的基本工作原理，对该相移器进行了数值模拟与优化设计，并重点研究了其结构工艺和相移控制方式。在此基础上研制了一个中心频率为4.1 GHz的相移器模型，并通过矢量网络分析仪进行了实验测量。测量结果表明：在4.0～4.2 GHz的频带范围内，该相移器可实现90°的相移量，相移量化精度为1°，相移精度为±１０°,相移器插损1.5 dB。     

新型有机聚合物光子射频2路移相器的设计

以3dB带宽为12GHz的有机聚合物光子射频2路移相器的理论设计为目标，设计了一种新型的有机聚合物射频（RF）移相器，并对其光波导结构及电极系统进行了仿真。分析了移相器的输出特性，可在两个端口实现360°的连续线性移相，并且输出功率波动小于3dB。该器件移相性能好，体积小，有利于阵列集成。     

Phased array for millimeter wave frequencies

A phased array is presented at a frequency of 70 GHz, consisting of a corporate feed, ferrite phase shifters and dielectric rod antennas. Metal waveguides were utilized to construct the feed network, whereas a special dielectric waveguide structure was employed for the ferrite phase shifter and dielectric rod antenna. Beam scanning can be performed electronically controlled in the horizontal plane.     

Nonlinear microwave phase shifter on electromagnetic-spin waves

Nonlinear microwave phase shifter based on a multiferroic structure consisting of layers of iron-yttrium garnet and barium—strontium titanate is studied experimentally. The structure is a waveguide for nonlinear electromagnetic-spin waves. The triple control over phase shift of electromagnetic-spin waves (namely, by varying the power of the input microwave signal, the magnetic bias field of the structure, and electric displacement field) is demonstrated.     

A design for a nonreciprocal phase shifter

A design is described for a nonreciprocal phase shifter, which is the key element in the constitution of a Mach-Zehnder interferometric isolator consisting of a magneto-optical channel waveguide. A four-layered structure waveguide is dealt with in which a cover layer having a larger refractive index than that of the film is placed on the magneto-optic thin film; it is revealed that the phase shifter length can be shortened by up to 6 mm at the 1.15 m wavelength, which is half the length of a nonreciprocal phase shifter constructed of a three-layered waveguide without a large refractive index cover layer. Two types of channel waveguides are investigated: a rib waveguide and a strip-loaded waveguide; they are found to have the same phase shifter length for the optimum condition.     

The design of reciprocal ferrite phase shifters

The design of a reciprocal ferrite phase shifter in a rectangular waveguide, using perturbation theory with a quasi-stationary approximation for the field perturbation of the system is considered. The theoretical results are compared with experimental data and with a design carried out without using the quasi-stationary approximation [5], The simplicity of the proposed method and the good agreement between the theoretical and experimental results enable it to be used in solving engineering problems.     

基于光纤的新型矢量和微波光子移相器

针对相控阵天线中基于光纤的微波光子移相器原理进行研究,并在此基础上设计了新型方案,通过引入可调分光器和保偏光纤来精确控制相移,降低了移相器的复杂性和相干干涉损耗,增强了移相器的可控性。研究了分光系数和频率对信号相位和幅度的影响,实现了超过140的移相,并可通过功率放大器来补偿信号幅度损失