X波段过模波导高功率微波脉冲压缩技术研究

论文摘要

本论文的研究题目是X波段过模波导高功率微波脉冲压缩技术研究。 开展该项研究可以通过功率合成构成输出比单台微波源更大功率的HPM源、为HPM效应和HPM大气击穿研究提供合适窄脉冲HPM源、并能改进现有雷达系统。 本文重点研究过模圆波导腔的脉冲压缩技术。采用储能切换法,利用自击穿气体开关、开展了过模圆柱腔脉冲压缩系统的小信号测试和大功率实验。此外还进行了矩形腔脉冲压缩系统的小信号测试和大功率实验,通过对比验证了过模圆柱腔脉冲压缩系统在功率增益、压缩效率等方面比矩形腔系统更具优越性。 在理论分析工作中,本文利用有耗传输线、微波等效电路、和电磁场的网络矩阵等理论分析了过模圆柱、矩形谐振腔脉冲压缩系统的储能,泄放过程,最终得出了过模圆柱、矩形谐振腔脉冲压缩系统的功率增益与储能效率的公式。然后,通过分析气体开关对脉冲压缩系统的各种影响,并采用修正系数的方法对前面得到的公式加以修正,弥补了原有的理论公式的一些不足之处,进一步完善了对脉冲压缩系统的微波等效电路理论分析过程。 在过模圆柱腔脉冲压缩系统的小信号测试中,所测得轴向过模圆柱腔的最大输入储存因子约为10700。而矩形腔最大输入储存因子约为7000,比过模圆柱腔小许多,通过理论分析验证了过模圆柱腔脉冲压缩系统在功率增益等方面比矩形腔系统更具优越性。 大功率实验中,在X波段,常温常压条件下,过模圆柱腔脉冲压缩系统(输入储存因子为10406)最终达到的主要技术指标为:微波输入功率为50.2kW,脉宽为1μs时,最大输出功率为479kW,输出脉宽为约26ns。最大功率增益为9.4,压缩效率为24.4%。 与之相对比,矩形腔脉冲压缩系统(输入储存因子为4704)最终达到的主要技术指标为:微波输入功率为54.8kW,脉宽为1μs时,最大输出功率为234kW,输出脉宽为约18ns。最大功率增益为4.3,压缩效率为5.6%。因此,从实验上验证了过模圆柱腔脉冲压缩系统在功率增益、压缩效率等方面比矩形腔系统更具优越性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 论文主要研究内容
• 1.3 主要创新点
• 第二章 脉冲压缩技术概述
• 2.1 国内外发展现状及趋势
• 2.1.1 国外发展现状
• 2.1.2 国内现状及形势
• 2.1.3 脉冲压缩技术的发展趋势
• 2.2 脉冲压缩中的关键技术
• 2.3 三种常见的脉冲压缩方法简介与比较
• 2.3.1 能量倍增器法（SLED-Ⅱ）
• 2.3.2 功率二进倍增法（BPC）
• 2.3.3 储能切换法（SES）
• 2.3.4 三种脉冲压缩方式的比较
• 第三章 脉冲压缩系统的理论分析
• 3.1 传输线型谐振腔理论分析
• 3.2 传输线型谐振腔储能瞬态过程分析
• 3.3 传输线型谐振腔储能泄放过程分析
• 3.4 气体开关对脉冲压缩系统的影响
• 3.4.1 开关导通能耗的影响
• 3.4.2 功率损耗对品质因数的影响
• 3.4.3 开关导通性质的影响
• 3.4.4 修正系数及结果比较
• 3.4.5 结论
• 第四章 谐振腔的模拟与优化设计
• 4.1 矩形谐振腔的MAFIA模拟分析与优化
• 4.2 过模圆柱谐振腔的MAFIA模拟与分析
• 第五章 原理性实验研究
• 5.1 实验装置
• 5.1.1 功率源
• 5.1.2 储能谐振腔
• 5.1.3 气体开关
• 5.2 测量系统
• 5.2.1 测量系统概述
• 5.2.2 定向耦合器
• 5.2.3 传输通路衰减
• 5.2.4 检波器
• 5.3 过模圆柱腔脉冲压缩系统小信号测试
• 5.3.1 实验对象
• 5.3.2 实验系统的构成
• 5.3.3 实验程序
• 5.3.4 轴向过模圆柱腔小信号测试实验
• 5.3.5 径向过模圆柱腔小信号测试实验
• 5.3.6 实验结果小结
• 5.4 矩形腔脉冲压缩系统小信号测试
• 5.4.1 实验对象
• 5.4.2 小信号测试实验结果
• 5.4.3 实验结果与MAFIA程序模拟结果的对比
• 5.5 矩形、过模腔小信号测试结果之对比
• 5.6 过模圆柱腔脉冲压缩系统大功率实验
• 5.6.1 测量系统概述
• 5.6.2 实验方法
• 5.6.3 实验布局
• 5.6.4 实验结果处理
• 5.6.5 实验程序
• 5.6.6 大功率实验
• 5.6.7 实验结果分析
• 5.6.8 与理论推导结果之比较
• 5.6.9 实验小结
• 5.7 矩形腔脉冲压缩系统大功率实验
• 5.7.1 实验程序
• 5.7.2 实验结果
• 5.7.3 实验小结
• 5.8 过模圆柱腔脉冲压缩系统同矩形腔系统大功率实验结果之比较
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献