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《一种简单的高功率微波模式和功率诊断方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第10卷 第4期强激光与粒子束Vol.10,No.41998年11月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSNov.,1998X一种简单的高功率微波模式和功率诊断方法刘国治 刘静月 黄文华(西北核技术研究所,西安69信箱13分箱,710024) 摘 要 从电、磁探针测量原理和计算公式入手,介绍了一种在波导传输线上的高功率微波模式和功率诊断方法,以及探针有效耦合面积及时间响应特性的标定方法和实验结果。这种用电、磁探针测量的方法对单模或有主模的高功率微波源的测量具有较好的精度。 关键词 高功率微波 电
2、探针 磁探针 有效耦合面积 中图分类号TN247 高功率微波由于其具有功率高、单次短脉冲、多模和模式不确定等特点,常规测量存在很多问题,给功率测量带来较大困难。尤其是虚阴极振荡器这种高功率微波器件产生的高功率微波是宽频带的,并且频率随时间变化,多模且模式不确定,虚阴极振荡器产生的微波功率测量在世界上一直是一个难题。本文介绍了一种在波导传输线上的高功率微波模式和功率诊断方法,并对高功率微波功率和模式的测量进行了探讨,类似的方法在文献[1]已有叙述。该方法对单模或有主模的功率测量具有较好的精度。1 基本测量原理及计算公式
3、 不同高功率微波器件产生的高功率微波模式状态将有所不同,如返波管振荡器、多波契伦柯夫产生器、相对论速调管、虚阴极振荡器(轴向提取)和相对论磁控管(轴向提取)等主要高功率微波器件,产生的模式为横磁模式,多数为TM0m模;而径向提取的相对论磁控管和径向提取的虚阴极振荡器一般为矩形波导的基模,即TE模。由于矩形波导内的TE模式的高功率微波功率测量问题已基本解决,因此我们将主要讨论在圆柱波导中TM0m(m=1,2,3,⋯)模式的高功率微波功率及模式的测量问题。 在半径为a的圆柱波导内TM模式的电磁场可写成u0mj(Xt-Bz
4、)Ez=jEzmJ0(r)e(1)aBau0mj(Xt-Bz)Er=-EzmJ1(r)e(2)u0maXE0au0mj(Xt-Bz)HU=-EzmJ1(r)e(3)u0mau0m满足 J0(u0m)=0(m=1,2,3,⋯)(4)1.1 模式测量原理 由(2)和(3)式得X国家863高功率微波技术领域资助课题1997年10月28日收到原稿,1998年5月4日收到修改稿。刘国治,男,1960年出生,博士,副研究员©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allr
5、ightsreserved.第4期刘国治等:一种简单的高功率微波模式和功率诊断方法607ErBK2==120P1-()(5)HUXE0Kc其中(Kc)TM=2Paöu0m。由(5)式可知,只要我们在同一纵向位置用电探针和磁探针分别测得0mEr和HU,并且测得微波的主频率,即可以用(5)式求得Kc,也就可以求得u0m,即可以得知高功率微波的模式。这是一种微波模式的简单在线测量方法,另外一种方法是在输出波导纵向相距为L的两位置上设两个测量点,测得两个测量点波包络的延迟时间$t,这样可以求得高功率微波的群速vg(vg=Lö$t
6、),vg与K和Kc的关系为2vg=c1-(KöKc)=Lö$L(6)由(6)式同样可以求得Kc,即高功率微波的模式。1.2 功率测量原理及公式 在圆柱波导内沿z轴方向的功率流的幅值P为→→→a2PPBXE420aEzm2P=∫(E×H)õizdS=∫ErHUrdHdr=2[J2(u0m)](7)∫00u0mS1Pavg=P(8)2在实际中电探针和磁探针测得的值分别是在波导壁处的径向电场幅值Er(r=a)和角向磁场幅值HU(r=a)。由(2)式可得在r=a处的径向电场幅值为BaEra=Er(r=a)=J1(u0m)Ezm
7、(9)u0m由(7)、(8)和(9)式得2-32PXE0aJ2(u0m)228.33×10aJ2(u0m)22Pavg=()Era=()Era(10)2BJ1(u0m)2J1(u0m)21-(KöKc)由(3)式得在r=a处的角向磁场幅值为XE0aHUa=HU(r=a)=-EzmJ1(u0m)(11)u0m由(7)、(8)和(11)式得232PBaJ2(u0m)221.18×10aK2J2(u0m)22Pavg=()HUa=1-()()HUa(12)2XE0J1(u0m)2KcJ1(u0m)由(10)和(12)式可知,在
8、已知微波波长、模式(即Kc和u0m)情况下,只要测得在圆柱波导壁处的径向电场幅值Era或角向磁场幅值HUa,均可以求得在波导内的微波功率。微波波长可以测知,而Kc或u0m可由本节所述方法求得。Era和HUa可分别用电探针和磁控针测得,而关键问题是电探针和磁探针的灵敏度的标定,即有效耦合面积的标定,下面我们叙述电探针和
