一种高功率微波空间滤波器的设计与初步实验研究

李国林; 舒挺; 袁成卫; 张军; 靳振兴; 杨建华; 钟辉煌; 杨杰; 武大鹏

doi:10.7498/aps.59.8591

摘要

研究了一种新型高功率微波空间滤波器(双工器),该空间滤波器通过放置在天线近场的周期性金属圆柱阵列实现线极化波的反射和透射.通过对比研究低功率条件下放置该双工器前后的辐射方向图,发现该双工器对S波段微波的反射效率达到96%,对X波段微波的透射效率达到97%,隔离度分别达到25 dB以上,交叉耦合度在-25 dB以下.在S/X波段各自注入1.5 GW的高功率微波,脉冲宽度为100 ns的条件下,放置双工器后没有发现明显的微波脉冲缩短现象.

关键词:

Abstract

A spatial filter/diplexer for gigawatt level high power microwave is theoretically and experimentally investigated in this paper. The spatial filter consists of several cylindrical rods which are located in the near field of the applied radiating antenna. The S/X dual band microwaves are reflected and transmitted by the spatial filter in the same propagation directions. In the low power experiments, the transmitted and the reflected patterns are very close to that of the applied antenna. The measured reflection and transmission efficiencies, calculated from the power densities in the far-field region, are about 96% and 97% respectively. In addition, the spatial filter has the isolation level higher than 25 dB and the cross polar level much lower than -25 dB. Under the illumination by S/X band high power microwave with a pulse magnitude of about 1.5 GW and duration of about 100 ns, no microwave breakdown is observed.

Keywords:

作者及机构信息

1.
国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙 410073

Authors and contacts

1.
College of Optoelectronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China

参考文献

[1]	Fan Y W, Zhong H H, Li Z Q, Shu T, Yang H W, Wang Y, Luo L, Zhao Y S 2008 Chin. Phys. B 17 1804
[2]	Wang D, Chen D B, Fan Z K, Deng J K 2008 Acta Phys. Sin. 57 4875 (in Chinese) [王冬、陈代兵、樊植开、邓景康 2008 物理学报 57 4875]
[3]	Liao C, Liu D G, Liu S G 2009 Acta Phys. Sin. 58 6709 (in Chinese) [廖臣、刘大刚、刘盛纲2009物理学报 58 6709]
[4]	Fan Y W, Zhong H H, Yang H W, Li Z Q, Shu T, Zhang J, Wang Y, Luo L 2008 J. Appl. Phys. 103 123301
[5]	Wang D, Chen D B, Qin F, Fan Z K 2009 Chin. Phys. B 18 4282
[6]	Lu Z G, Gong Y B, Wei Y Y, Xu J, Gao P, Wang W X 2009 Chin. Phys. B 18 2447
[7]	Fu W J, Yan Y 2007 Acta Phys. Sin. 56 7100 (in Chinese) [傅文杰、鄢扬2007物理学报56 7100]
[8]	Chen D B, Wang D, Fan Z K, Meng F B, An H S, Gong H T, Qin F 2009 Acta Phys. Sin. 58 4548 (in Chinese) [陈代兵、王冬、范植开、孟凡宝、安海狮、龚海涛、秦奋2009物理学报 59 4548]
[9]	Li G L, Yuan C W, Zhang J Y, Shu T, Zhang J 2008 Laser and Partilce Beams 26 371
[10]	Fan Y W, Zhong H H, Li Z Q, Shu T, Yang H W, Zhou H, Yuan C W, Zhou W H, Luo L 2008 Phys. Plasmas 15 083102
[11]	Li G L, Shu T, Yuan C W, Zhang J, Jin Z X, Yang J H 2010 Phys. Plasmas 17 033301
[12]	Li G L, Shu T, Yuan C W, Zhu J, Liu J, Wang B, Zhang J 2010 Laser and Particle Beams B 28 35
[13]	Levine J, Aiello N, Benford J 1990 Proc. SPIE 60 1226
[14]	Li G L, Shu T, Yuan C W 2007 High Power Laser and Particle Beams 19 667 (in Chinese) [李国林、舒挺、袁成卫2007强激光与粒子束 19 667]
[15]	Besso P, Bozzi M, Perregrini L, Drioli L S, Nickerson W 2003 IEEE Trans. Antennas Propag. 51 388
[16]	Imbriale W A, Esquivel M S, Manshadi F 1998 IEEE Trans. Antennas Propag. 46 1790
[17]	Yasumoto K 2006 Electromagnetic Theory and Applications for Photonic Crystals (New York: Taylor & Francis Group) p227

施引文献

[1]	Fan Y W, Zhong H H, Li Z Q, Shu T, Yang H W, Wang Y, Luo L, Zhao Y S 2008 Chin. Phys. B 17 1804
[2]	Wang D, Chen D B, Fan Z K, Deng J K 2008 Acta Phys. Sin. 57 4875 (in Chinese) [王冬、陈代兵、樊植开、邓景康 2008 物理学报 57 4875]
[3]	Liao C, Liu D G, Liu S G 2009 Acta Phys. Sin. 58 6709 (in Chinese) [廖臣、刘大刚、刘盛纲2009物理学报 58 6709]
[4]	Fan Y W, Zhong H H, Yang H W, Li Z Q, Shu T, Zhang J, Wang Y, Luo L 2008 J. Appl. Phys. 103 123301
[5]	Wang D, Chen D B, Qin F, Fan Z K 2009 Chin. Phys. B 18 4282
[6]	Lu Z G, Gong Y B, Wei Y Y, Xu J, Gao P, Wang W X 2009 Chin. Phys. B 18 2447
[7]	Fu W J, Yan Y 2007 Acta Phys. Sin. 56 7100 (in Chinese) [傅文杰、鄢扬2007物理学报56 7100]
[8]	Chen D B, Wang D, Fan Z K, Meng F B, An H S, Gong H T, Qin F 2009 Acta Phys. Sin. 58 4548 (in Chinese) [陈代兵、王冬、范植开、孟凡宝、安海狮、龚海涛、秦奋2009物理学报 59 4548]
[9]	Li G L, Yuan C W, Zhang J Y, Shu T, Zhang J 2008 Laser and Partilce Beams 26 371
[10]	Fan Y W, Zhong H H, Li Z Q, Shu T, Yang H W, Zhou H, Yuan C W, Zhou W H, Luo L 2008 Phys. Plasmas 15 083102
[11]	Li G L, Shu T, Yuan C W, Zhang J, Jin Z X, Yang J H 2010 Phys. Plasmas 17 033301
[12]	Li G L, Shu T, Yuan C W, Zhu J, Liu J, Wang B, Zhang J 2010 Laser and Particle Beams B 28 35
[13]	Levine J, Aiello N, Benford J 1990 Proc. SPIE 60 1226
[14]	Li G L, Shu T, Yuan C W 2007 High Power Laser and Particle Beams 19 667 (in Chinese) [李国林、舒挺、袁成卫2007强激光与粒子束 19 667]
[15]	Besso P, Bozzi M, Perregrini L, Drioli L S, Nickerson W 2003 IEEE Trans. Antennas Propag. 51 388
[16]	Imbriale W A, Esquivel M S, Manshadi F 1998 IEEE Trans. Antennas Propag. 46 1790
[17]	Yasumoto K 2006 Electromagnetic Theory and Applications for Photonic Crystals (New York: Taylor & Francis Group) p227

[1]	舒盼盼, 赵朋程, 王瑞. 110 GHz微波输出窗内表面次级电子倍增特性的电磁粒子模拟. 物理学报, 2023, 72(9): 095202. doi: 10.7498/aps.72.20222235
[2]	张运俭, 丁恩燕. 反馈型TM₀₁主模同轴虚阴极振荡器. 物理学报, 2019, 68(20): 204101. doi: 10.7498/aps.68.20190696
[3]	黄华, 吴洋, 刘振帮, 袁欢, 何琥, 李乐乐, 李正红, 金晓, 马弘舸. 锁频锁相的高功率微波器件技术研究. 物理学报, 2018, 67(8): 088402. doi: 10.7498/aps.67.20172684
[4]	左春彦, 高飞, 戴忠玲, 王友年. 高功率微波输出窗内侧击穿动力学的PIC/MCC模拟研究. 物理学报, 2018, 67(22): 225201. doi: 10.7498/aps.67.20181260
[5]	唐涛. 高功率微波土壤击穿的数值验证研究. 物理学报, 2015, 64(4): 045203. doi: 10.7498/aps.64.045203
[6]	王冬, 徐莎, 曹延伟, 秦奋. 光子晶体高功率微波模式转换器设计. 物理学报, 2014, 63(1): 018401. doi: 10.7498/aps.63.018401
[7]	徐刚, 谢平, 廖勇. X波段过模弯曲圆波导TM01-HE11模式变换器研究. 物理学报, 2013, 62(7): 078401. doi: 10.7498/aps.62.078401
[8]	陈代兵, 张运俭, 张北镇, 王冬, 秦奋, 文杰, 金晓, 吴勇, 于爱民. 磁绝缘线振荡器阴极烧蚀与电压波形的关系研究. 物理学报, 2013, 62(1): 012901. doi: 10.7498/aps.62.012901
[9]	秦奋, 王冬, 陈代兵, 文杰. L波段高阶模抑制型磁绝缘线振荡器研究. 物理学报, 2012, 61(9): 094101. doi: 10.7498/aps.61.094101
[10]	韩建, 巴音贺希格, 李文昊. 全息光栅曝光系统中空间滤波器孔径与激光束腰关系的选择方法. 物理学报, 2012, 61(8): 084202. doi: 10.7498/aps.61.084202
[11]	吴洋, 许州, 徐勇, 金晓, 常安碧, 李正红, 黄华, 刘忠, 罗雄, 马乔生, 唐传祥. 低功率驱动的高功率微波放大器实验研究. 物理学报, 2011, 60(4): 044102. doi: 10.7498/aps.60.044102
[12]	王淦平, 向飞, 谭杰, 曹绍云, 罗敏, 康强, 常安碧. 长脉冲高功率微波驱动源放电过程研究. 物理学报, 2011, 60(7): 072901. doi: 10.7498/aps.60.072901
[13]	杨超, 刘大刚, 周俊, 廖臣, 彭凯, 刘盛纲. 一种新型径向三腔同轴虚阴极振荡器全三维粒子模拟研究. 物理学报, 2011, 60(8): 084102. doi: 10.7498/aps.60.084102
[14]	黄华, 罗雄, 雷禄容, 罗光耀, 张北镇, 金晓, 谭杰. 长脉冲相对论扩展互作用腔振荡器的初步研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1907-1912. doi: 10.7498/aps.59.1907
[15]	蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(5): 3268-3273. doi: 10.7498/aps.58.3268
[16]	王冬, 陈代兵, 秦奋, 范植开. 双频磁绝缘线振荡器二维周期结构研究. 物理学报, 2009, 58(10): 6962-6972. doi: 10.7498/aps.58.6962
[17]	黄华, 甘延青, 雷禄容, 金晓, 鞠炳权, 向飞, 冯弟超, 刘忠. S波段相对论速调管振荡器研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1765-1770. doi: 10.7498/aps.57.1765
[18]	张运俭, 孟凡宝, 范植开, 罗雄. 高效强流径向分离腔振荡器研究. 物理学报, 2008, 57(2): 975-979. doi: 10.7498/aps.57.975
[19]	李正红, 孟凡宝, 常安碧, 黄华, 马乔生. 两腔高功率微波振荡器研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3578-3583. doi: 10.7498/aps.54.3578
[20]	邵浩, 刘国治. 向外发射同轴型虚阴极振荡器研究. 物理学报, 2001, 50(12): 2387-2392. doi: 10.7498/aps.50.2387

计量

文章访问数: 8555
PDF下载量: 805
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板