高功率微波(high power microwave,HPM)是指輸出功率超過0.1GW,頻率1～300GH的電磁波。高功率微波源作為核心部件,因其在軍事、民用、科研等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,近年來獲得長足發(fā)展。磁絕緣線振蕩器(magnetically insulated linear oscillator,MILO)作為目前世界上單脈沖比能量最高的HPM器件之一得到了人們的持續(xù)關(guān)注。其最大的優(yōu)點是由于其利用自身電流的自絕緣機理,因此不需要外加聚焦磁場,使得其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小重量輕,適合于小型化和實用化,屬于效率較高、綜合性能優(yōu)異的一類源;不足則由于其花費約占電流2/3的負載電流用于磁絕緣,降低了器件的束波轉(zhuǎn)換效率,這部分磁絕緣電流由于不參加束波互作用,對于高頻的產(chǎn)生基本上沒有貢獻。隨著研究的進一步深入,能夠產(chǎn)生穩(wěn)定輸出的雙頻高功率微波器件成為一個新興的研究方向,將具有重要的學術(shù)價值和潛在的實際應(yīng)用價值。因此,雙頻MILO、以虛陰極為負載的MILO等研究也在從不同的方面探索提高其工作性能的途徑。為提高HPM器件工作性能,本論文通過對磁絕緣線振蕩器(MILO)的綜合分析,并結(jié)合分離腔振蕩器(split cavity oscillator,SCO)的特征分析,提出利用MILO磁絕緣電流驅(qū)動的分離腔振蕩器(SCO)替代收集極,構(gòu)成一個具有更高輸出性能的雙頻雙頻混合型HPM器件。粒子模擬結(jié)果表明:L波段MILO-SCO混合HPM器件可在1.54 GHz和0.74 GHz雙頻下工作,轉(zhuǎn)換效率超過20%。結(jié)果表明:L波段MILO-SCO混合HPM器件達到了設(shè)計目的。在此基礎(chǔ)上,對于替代收集極的高功率微波器件又進行了探索研究,結(jié)合虛陰極振蕩器(Vircator)的特征,設(shè)計了以多間隙虛陰極振蕩器為負載的雙頻混合型HPM器件,通過理論分析,基于全電磁粒子模擬技術(shù)進行粒子模擬研究,取得了初步的研究結(jié)果。本文基于全電磁粒子模擬技術(shù)進行的混合型雙頻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徑,為推動高功率微波源的研究與發(fā)展提供參考依據(jù)。
【學位單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN12
【部分圖文】：

ｖｏｌｔａｇｅ?／?ｋＶ??圖２．?２平均輪輻速度隨電壓的變化曲線１３４１??由圖２．２、表２．１分析可得，在ＭＩＬＯ設(shè)計時，如果選取更高的工作點電壓，不??僅會降低磁絕緣耗損，得到較高的轉(zhuǎn)換效率，而且會使器件更加穩(wěn)定的運行，同時具??備更高的功率輸出。這就為ＭＩＬＯ的設(shè)計與優(yōu)化提供了理論支撐。??２．３．２選取的Ｌ波段ＭＩＬＯ器件模型優(yōu)化及數(shù)值模擬??２．３．２．１?Ｌ波段ＭＩＬＯ器件優(yōu)化模型??根據(jù)以上分析以及圖２．２可見，在電壓為６００ｋＶ，阻抗為９．０Ｑ左右的條件下，利??用全電磁粒子模擬程序，進行優(yōu)化設(shè)計，確定了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的最佳搭配關(guān)系見??表２．２，結(jié)構(gòu)模型如圖２．３所示。??１４??

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混合型雙頻高功率微波器件仿真研究??子模擬??并行全電磁粒子模擬程序ＮＥＰＴＵＮＥ３Ｄ進行了數(shù)值模擬。在輸工作電壓為６４０ｋＶ、電流為６５．５ｋＡ左右時，獲得頻率為１．５４ＧＨｚ７．２ＧＷ、功率轉(zhuǎn)換效率大約為１７％的微波輸出，典型結(jié)果如下圖
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本文編號：2844647