混合型双频高功率微波器件仿真研究

发布时间：2020-10-17 10:15

　　 高功率微波(high power microwave,HPM)是指输出功率超过0.1GW,频率1～300GH的电磁波。高功率微波源作为核心部件,因其在军事、民用、科研等领域具有广泛的应用,近年来获得长足发展。磁绝缘线振荡器(magnetically insulated linear oscillator,MILO)作为目前世界上单脉冲比能量最高的HPM器件之一得到了人们的持续关注。其最大的优点是由于其利用自身电流的自绝缘机理,因此不需要外加聚焦磁场,使得其结构紧凑、体积小重量轻,适合于小型化和实用化,属于效率较高、综合性能优异的一类源;不足则由于其花费约占电流2/3的负载电流用于磁绝缘,降低了器件的束波转换效率,这部分磁绝缘电流由于不参加束波互作用,对于高频的产生基本上没有贡献。随着研究的进一步深入,能够产生稳定输出的双频高功率微波器件成为一个新兴的研究方向,将具有重要的学术价值和潜在的实际应用价值。因此,双频MILO、以虚阴极为负载的MILO等研究也在从不同的方面探索提高其工作性能的途径。为提高HPM器件工作性能,本论文通过对磁绝缘线振荡器(MILO)的综合分析,并结合分离腔振荡器(split cavity oscillator,SCO)的特征分析,提出利用MILO磁绝缘电流驱动的分离腔振荡器(SCO)替代收集极,构成一个具有更高输出性能的双频双频混合型HPM器件。粒子模拟结果表明:L波段MILO-SCO混合HPM器件可在1.54 GHz和0.74 GHz双频下工作,转换效率超过20%。结果表明:L波段MILO-SCO混合HPM器件达到了设计目的。在此基础上,对于替代收集极的高功率微波器件又进行了探索研究,结合虚阴极振荡器(Vircator)的特征,设计了以多间隙虚阴极振荡器为负载的双频混合型HPM器件,通过理论分析,基于全电磁粒子模拟技术进行粒子模拟研究,取得了初步的研究结果。本文基于全电磁粒子模拟技术进行的混合型双频高功率微波器件仿真研究工作旨在探索提高高功率微波器件工作性能的途径,为推动高功率微波源的研究与发展提供参考依据。
【学位单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN12
【部分图文】：

ｖｏｌｔａｇｅ?／?ｋＶ??图２．?２平均轮辐速度随电压的变化曲线１３４１??由图２．２、表２．１分析可得，在ＭＩＬＯ设计时，如果选取更高的工作点电压，不??仅会降低磁绝缘耗损，得到较高的转换效率，而且会使器件更加稳定的运行，同时具??备更高的功率输出。这就为ＭＩＬＯ的设计与优化提供了理论支撑。??２．３．２选取的Ｌ波段ＭＩＬＯ器件模型优化及数值模拟??２．３．２．１?Ｌ波段ＭＩＬＯ器件优化模型??根据以上分析以及图２．２可见，在电压为６００ｋＶ，阻抗为９．０Ｑ左右的条件下，利??用全电磁粒子模拟程序，进行优化设计，确定了主要结构参数之间的最佳搭配关系见??表２．２，结构模型如图２．３所示。??１４??

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混合型双频高功率微波器件仿真研究??子模拟??并行全电磁粒子模拟程序ＮＥＰＴＵＮＥ３Ｄ进行了数值模拟。在输工作电压为６４０ｋＶ、电流为６５．５ｋＡ左右时，获得频率为１．５４ＧＨｚ７．２ＧＷ、功率转换效率大约为１７％的微波输出，典型结果如下图
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本文编号：2844647