《低磁場準單模8mm波段GW級高功率毫米波源的研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由舒挺擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低磁場準單模8mm波段GW級高功率毫米波源的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：舒挺
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高功率毫米波由於其在高功率雷達與其他領域的潛在套用而日益受到重視，進一步提高功率成為目前研究的重點。慢波型高功率微波源由於其自身的特性，在產生百兆瓦（MW）以上功率的場合得到了廣泛的套用。毫米波器件的尺寸較小，其功率容量也隨之受限，合理增大器件徑向尺寸，即採用過模慢波結構，可有效提高器件的功率。採用過模結構時，器件內部可能激勵起多個高階競爭模式；通過對各個模式的分析，採取一定手段可使器件工作於單模狀態。毫米波器件需要更高質量的電子束，相應需要更強的導引磁場；通過相關分析及對器件結構的最佳化，可使器件工作於較低的導引磁場。本項目通過對相關基礎理論與技術的研究，提出並研製一個低磁場準單模高功率毫米波源，在導引磁場強度約0.85T時，模擬實現功率1GW的毫米波輸出，預計實驗實現微波輸出功率達到300MW以上，工作頻率33GHz附近，工作模式為準TM01模。
結題摘要
高功率毫米波由於其在高功率雷達與其他領域的潛在套用而日益受到重視，進一步提高功率成為目前研究的重點。慢波型高功率微波源由於其自身的特性（如機理簡單、高效率與高穩定性等），在產生百兆瓦（MW）以上功率的場合得到了廣泛的套用。毫米波器件的尺寸較小，其功率容量也隨之受限；本項目合理增大器件徑向尺寸，即採用過模慢波結構，有效提高了器件的功率。採用過模結構時，器件內部可能激勵起多個高階競爭模式；本項目通過對各個模式的分析，採取一定手段使器件工作於單模狀態。毫米波器件需要更高質量的電子束，相應需要更強的導引磁場；本項目通過相關分析及對器件結構的最佳化，使器件工作於較低的導引磁場。本項目組在國家自然科學基金支持下已經完成了預期研究目標，主要研究成果和結論歸納為以下三個方面：1.理論分析方面，首先運用場匹配法研究矩形盤荷過模慢波結構的色散關係。將過模器件的工作點選擇在TM01模π模附近，設計合適的慢波結構尺寸使其滿足TM01模π模諧振頻率在35GHz附近；2.模擬仿真方面，經過最佳化在導引磁場0.85T、束電壓600kV、束電流5.05kA的條件下，模擬獲得了頻率33.80GHz、功率1.05GW的微波輸出，在輸出口處，主要模式為光滑圓波導TM01模。這些模擬結果為後續的實驗設計提供了重要指導。還對該器件進行了永磁包裝的研究，採用兩塊不同磁化方向的磁體提供0.80T的導引磁場，可以實現約1GW的毫米波輸出，此時永磁體的總重量為197.6kg；3.實驗研究方面，在TORCH-01脈衝功率源上的實驗結果表明，經過改進，在0.80T導引磁場下，電壓590kV、電流5.2kA時，獲得了頻率為33.56GHz、功率為320MW、脈寬約13ns、輻射主模為TM01模的高功率毫米波，功率效率約10 %。
