L波段小型化同轴扩张型天线设计

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线。通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性：在1.3~1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi;天线最大辐射方向在物理结构轴向。基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致：工作频率从1.3~1.6 GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi;E面方向图主瓣宽度大于60,轴向轴比大于35 dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波测量天线低增益小型化要求。     

L波段小型化同轴扩张型天线设计

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线。通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性:在1.3~1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi;天线最大辐射方向在物理结构轴向。基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致:工作频率从1.3~1.6 GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi;E面方向图主瓣宽度大于60,轴向轴比大于35 dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波测量天线低增益小型化要求。     

L波段磁绝缘线振荡器一体化辐射天线

 根据小型化的要求,提出了可以用于小型化L波段磁绝缘线振荡器的一体化辐射天线的模型,即介质+插板移相型模式变换器,该模型可以有效缩短模式变换器的物理长度,并基于该模型研究了一体化辐射天线的方向图、增益、物理长度等特性,初步优化设计了一体化辐射天线,为结构紧凑的小型化磁绝缘线振荡器的研究提供了方便。     

L波段磁绝缘线振荡器一体化辐射天线

根据小型化的要求,提出了可以用于小型化L波段磁绝缘线振荡器的一体化辐射天线的模型,即介质+插板移相型模式变换器,该模型可以有效缩短模式变换器的物理长度,并基于该模型研究了一体化辐射天线的方向图、增益、物理长度等特性,初步优化设计了一体化辐射天线,为结构紧凑的小型化磁绝缘线振荡器的研究提供了方便。     

同轴共线阵列天线低副瓣设计

对流层风廓线雷达对阵列天线的要求是结构简单,在满足高增益条件下,低副瓣是其关键指标。针对该应用背景,提出了一种辐射单元长度可变的同轴共线天线 (COCO)模型。该天线模型利用不同数量辐射节COCO线源组阵,其口径幅度为修正Taylor分布。在该模型基础上,采用数值计算和优化,COCO阵列天线增益为25.7 dB,E面副瓣为-23 dB,H面副瓣为-22.3 dB。该天线阵样品的测试表明,所设计的低副瓣COCO阵列天线完全达到了设计目标。     

同轴共线阵列天线低副瓣设计

对流层风廓线雷达对阵列天线的要求是结构简单,在满足高增益条件下,低副瓣是其关键指标。针对该应用背景,提出了一种辐射单元长度可变的同轴共线天线 (COCO)模型。该天线模型利用不同数量辐射节COCO线源组阵,其口径幅度为修正Taylor分布。在该模型基础上,采用数值计算和优化,COCO阵列天线增益为25.7 dB,E面副瓣为-23 dB,H面副瓣为-22.3 dB。该天线阵样品的测试表明,所设计的低副瓣COCO阵列天线完全达到了设计目标。     

小型L波段高功率微波辐射场测量系统接收天线

借鉴电-磁振子组合型天线结构,设计了一种基于同轴传输结构的小型L波段高功率微波(HPM)辐射场测量系统接收天线,解决了L波段传统波导型测量系统中接收天线体积大、使用不便的问题。通过仿真研究分析了天线结构尺寸与天线增益、驻波和方向图等特性参数之间的关系,优化设计了用于L波段HPM辐射场测量的接收天线结构,并对加工的天线实物进行了测试。结果表明：当天线口面尺寸与长度相等时,其边长与工作的中心频率对应波长存在着两倍的关系;选择边长为100 mm可满足在1.2~1.8 GHz频段内,天线驻波系数小于1.5,增益从2.8 dB单调增大至6.1 dB,方向图主瓣宽度大于70,辐射主轴与天线几何主轴基本一致。     

小型L波段高功率微波辐射场测量系统接收天线

借鉴电-磁振子组合型天线结构,设计了一种基于同轴传输结构的小型L波段高功率微波(HPM)辐射场测量系统接收天线,解决了L波段传统波导型测量系统中接收天线体积大、使用不便的问题。通过仿真研究分析了天线结构尺寸与天线增益、驻波和方向图等特性参数之间的关系,优化设计了用于L波段HPM辐射场测量的接收天线结构,并对加工的天线实物进行了测试。结果表明:当天线口面尺寸与长度相等时,其边长与工作的中心频率对应波长存在着两倍的关系;选择边长为100mm可满足在1.2~1.8GHz频段内,天线驻波系数小于1.5,增益从2.8dB单调增大至6.1dB,方向图主瓣宽度大于70°,辐射主轴与天线几何主轴基本一致。     

同轴线-矩形波导结散射特性的数值分析

 提出了一种数值分析同轴线-矩形波导结散射特性的模式匹配方法。采用同轴线和矩形波导的本征模函数表示电磁场分量,通过同轴线-矩形波导结截面横向场分量匹配获得波导结的散射参数,引入电场模式匹配矩阵的解析形式提高了计算效率。给出了基于模式匹配法数值仿真的各种同轴线-矩形波导结散射特性及仿真结果分析,并与3维全电磁波分析软件HFSS的仿真结果进行了比较,二者非常吻合。模式匹配法计算效率高,能广泛应用于微波毫米波元器件及系统结构的设计与优化。     

紧凑型L波段同轴相对论返波振荡器的粒子模拟

 设计了紧凑型L波段同轴相对论返波振荡器，通过粒子模拟研究了L波段同轴相对论返波振荡器相互作用的物理过程，并对器件的电磁结构进行了优化和改进。分析表明，采用同轴慢波结构可以在较低的外加磁场下实现L波段返波振荡器的微波输出，同时可以大大减小微波器件的径向尺寸。这是因为同轴慢波结构的TM01模式有类似于TEM模的性质，没有截止频率，但纵向电场不为零，电子束能够与它发生强相互作用过程。粒子模拟优化结果表明，在器件半径仅为4.0 cm，电子束能量240 keV，电子束流1.8 kA，导引磁场仅为0.75 T时，返波振荡器可以在频率1.60 GHz处获得较大功率的微波输出， 平均峰值功率达140 MW，平均峰值功率效率约为32%。     

L波段同轴相对论返波振荡器导引磁场设计

设计了一个用于为L波段同轴相对论返波振荡器提供导引磁场的双线绕制、分段磁场线圈系统。根据粒子模拟中对磁场的要求和实验室已有的条件来确定磁场的各参数,通过数学软件Mathcad和全电磁粒子模拟程序Karat对设计出的轴向磁场位形进行验证。采用基于Hall效应的Tesla计对加工好的磁场线圈产生轴向磁场空间分布进行了测量,同时利用电子束轰击尼龙靶来考察电子束被导引的效果。利用绕制好的磁场线圈开展了初步实验研究,在二极管电压655kV,电子束流为10.4kA,导引磁场0.7T的条件下,输出微波峰值功率约为864MW,微波波形半高宽为23ns,功率转换效率约为12.7%,频率1.61GHz。     

L波段同轴相对论返波振荡器导引磁场设计

设计了一个用于为L波段同轴相对论返波振荡器提供导引磁场的双线绕制、分段磁场线圈系统。根据粒子模拟中对磁场的要求和实验室已有的条件来确定磁场的各参数,通过数学软件Mathcad和全电磁粒子模拟程序Karat对设计出的轴向磁场位形进行验证。采用基于Hall效应的Tesla计对加工好的磁场线圈产生轴向磁场空间分布进行了测量,同时利用电子束轰击尼龙靶来考察电子束被导引的效果。利用绕制好的磁场线圈开展了初步实验研究,在二极管电压655 kV,电子束流为10.4 kA,导引磁场0.7 T的条件下,输出微波峰值功率约为864 MW,微波波形半高宽为23 ns,功率转换效率约为12.7%,频率1.61 GHz。     

同轴线直馈的T2模四臂螺旋全向圆极化天线

基于T2模四臂螺旋,提出一种新型的全向圆极化天线。T2模全向圆极化天线无需采用复杂的馈电网络,而采用同轴线直接馈电,即同轴电缆的内、外导体依次交替馈电至天线的四个螺旋臂,巧妙实现了T2模四臂螺旋的馈电相位要求(0°-180°-0°-180°);为了提高天线的辐射效率,螺旋线采用线宽捷变技术(即螺旋臂的前面部分窄、后面部分宽);为了保持天线的圆极化特性,螺旋线末端加载吸收导线。对天线进行了仿真和测试,两者结果吻合好,天线的实测增益为10.5dBi、轴比为1.3dB,水平圆度为2.3dB。     

同轴线直馈的T2模四臂螺旋全向圆极化天线

基于T2模四臂螺旋,提出一种新型的全向圆极化天线。T2模全向圆极化天线无需采用复杂的馈电网络,而采用同轴线直接馈电,即同轴电缆的内、外导体依次交替馈电至天线的四个螺旋臂,巧妙实现了T2模四臂螺旋的馈电相位要求(0-180-0-180);为了提高天线的辐射效率,螺旋线采用线宽捷变技术（即螺旋臂的前面部分窄、后面部分宽）;为了保持天线的圆极化特性,螺旋线末端加载吸收导线。对天线进行了仿真和测试,两者结果吻合好,天线的实测增益为10.5 dBi、轴比为1.3 dB,水平圆度为2.3 dB。     

L波段双频磁绝缘线振荡器的设计与粒子模拟

 提出了利用角向分区来产生双频高功率微波的思想,并根据常规磁绝缘线振荡器的互作用主要在轴向而与角向无关的物理机制,通过在常规磁绝缘线振荡器内设置谐振腔深度的角向分区,建立了L波段双频磁绝缘线振荡器的模型,并利用电磁模拟软件,优化设计了L波段双频磁绝缘线振荡器。粒子模拟的结果为：在电子束电压为530 kV,电流为45.5 kA的条件下,得到了稳定的双频高功率微波输出,其微波频率分别为1.28 GHz和1.50 GHz,周期平均功率约为2.65 GW,功率效率约为11%,两个频率的频谱幅度相差约0.4 dB。     

L波段双频磁绝缘线振荡器的设计与粒子模拟

提出了利用角向分区来产生双频高功率微波的思想,并根据常规磁绝缘线振荡器的互作用主要在轴向而与角向无关的物理机制,通过在常规磁绝缘线振荡器内设置谐振腔深度的角向分区,建立了L波段双频磁绝缘线振荡器的模型,并利用电磁模拟软件,优化设计了L波段双频磁绝缘线振荡器。粒子模拟的结果为：在电子束电压为530 kV,电流为45.5 kA的条件下,得到了稳定的双频高功率微波输出,其微波频率分别为1.28 GHz和1.50 GHz,周期平均功率约为2.65 GW,功率效率约为11%,两个频率的频谱幅度相差约0.4 dB。     

Capacitance of a coaxial line terminated by a gap

Capacitance of a coaxial line terminated by a gap is investigated. An electrostatic boundary-value problem of the coaxial line terminated by a gap is rigorously solved based on the Fourier sine transform, mode matching technique, and superposition. The capacitance of the coaxial line is represented in a fast-convergent series and computed in terms of the gap geometry and the gap permittivity.     

EAST离子回旋加热天线传输线结构设计

阐述了EAST离子回旋加热天线传输线的结构设计。用有限元的方法对EAST离子回旋加热天线传输线内导体结构进行了分析,获得了内导体的受力情况。根据内导体的受力情况适当加大波纹管厚度和设计内导体支撑,通过ANSYS分析优化确定了波纹管的厚度和内导体布置的位置。此外,还计算了传输线的热损耗、热变形、电压驻波系数和最大功率容量,计算结果进一步验证了传输线结构的可行性。     

L波段径向线螺旋阵列天线的优化设计

以提高阵列天线的口径效率为目标,对辐射单元及阵列布局进行了优化,设计了中心频率为1.57 GHz的6元单圆环径向线螺旋阵列天线,采用时域有限积分算法软件对阵列天线进行了数值模拟,结果表明：口径为320 mm的该天线在中心频率上可获得14.4 dBi的增益,口径效率达99%,轴向轴比值为1.15,在1.5～1.7 GHz的频带范围内,增益大于13.9 dBi,口径效率大于97%,轴向轴比值小于1.35。     

Symmetric electromagnetic waves in a dielectric coaxial line

On the basis of a solution of the Maxwell equations the configuration of electromagnetic fields of symmetric types of oscillations in a dielectric coaxial line is found. The expressions for power density for both symmetric and hybrid waves are obtained. The direction of power density coincides with the axis of various axial symmetric dielectric structures. The dependences of phase speeds of electric and magnetic waves on frequencies of radiation are presented. The frequency range in which only the lowest index symmetric waves propagate is found. At frequencies higher than critical, discrete symmetric modes of oscillation exist. The energy is transmitted mainly inside the dielectric rod, and the power density at the axis is equal to zero.