国家高技术研究发展计划863计划课题合同书8mm高平均功率回旋速调放大器研究.docx
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国家高技术研究发展计划863计划课题合同书8mm高平均功率回旋速调放大器研究
国家高技术研究发展计划(863计划)课题合同书
(8mm高平均功率回旋速调放大器研究)
填写说明
一、合同编号统一由863计划军口管理中心提供。
二、合同密级和课题编号由甲方确定,乙方填写。
三、合同设有丙方的,应在附加条款部分明确其权利义务。
四、承担单位赋予课题组长的责权利填写在附加条款部分。
五、填写内容涉及到外文名称,首次出现时要写清全称和缩写,再次出现时可以使用缩写。
六、除签字、盖章外,合同书必须采用指定电子文档模板生成。
七、合同文本(含附件)采用A4幅面纸。
合同缔约方及合同签署
甲方
乙方
甲方名称
课题承担
单位名称
甲方负责人
法定代表人
联系人
课题组组长
通信地址
联系人
邮政编码
通信地址
联系电话
邮政编码
图文传真
联系电话
图文传真
开户银行
户名
帐号
负责人签字:
(甲方盖章)
年月日
法定代表人签字:
课题组组长签字:
(单位盖章)
年月日
丙方
审核方
法定代表人签字:
(单位盖章)
年月日
(审核专用章)
年月日
一、课题目标和主要研究内容
课题目标:
开展高脉冲功率,高平均功率相关技术研究。
进行高功率和高效率的新结构和技术方案理论分析,数值模拟,样管研制及实验研究。
系统掌握高脉冲功率,高平均功率8毫米回旋速调放大器关键技术,部件及整管设计方法,改善放大器的可靠性和稳定性,研制出平均功率10kW,相对带宽0.5%的8毫米回旋速调管放大器。
主要研究内容:
在“十五”研究的基础上,进行高脉冲功率,高平均功率8毫米回旋速调放大器理论分析,数值模拟,实验研究。
对适合高功率容量新结构高频系统进行分析设计,优化参量,改进整管结构工艺,改善放大器的可靠性和稳定性,研制出达到研究指标的高性能8mm回旋速调放大器。
(1)大电流、低纵向速度零散高质量磁控注入电子枪的方案设计,计算机模拟,优化及实验研究;
(2)高平均功率新结构高频系统高频场分析及冷测实验研究;
(3)电子注与高频场互作用的模拟计算,高频系统的优化设计提高功率、效率;
(4)高平均功率技术及高功率器件工艺技术研究;
(5)毫米波元件冷测及高功率毫米波测试技术研究;
(6)样管研制及实验研究。
二、课题技术指标和要求
研制出平均功率10kW,相对带宽0.5%的8毫米回旋速调管放大器。
其主要技术指标:
(1)Ka波段,中心频率34GHz—35GHz
(2)脉冲功率250kW
(3)平均功率10kW
(4)饱和增益Gain30dB
(5)带宽0.5%
(6)效率20%
三、课题拟采取的研究方法和技术途径
项目研究中将理论分析,数值模拟和部件实验研究三者紧密结合。
在“十五”研究的基础上根据研究目标进行新型多腔互作用系统分析设计,整管优化设计和新技术路线探索,实现研究目标。
采用高阶工作模式增大高频结构尺寸,提高功率容量;研究新型高频结构抑制竞争模式振荡;增大工作电流,提高互作用效率,实现高脉冲功率和高平均功率。
(1)高效抑制竞争模式的高频结构研究
根据竞争模式在高频腔体壁电流分布,在谐振腔壁开槽破坏主要竞争模式的壁电流,并利用竞争模式高频场特点在高频结构加载吸收介质,优化吸收介质厚度和分布,有效吸收竞争模式高频场。
在此基础上形成高效抑制竞争模式,有利工作模式稳定建立的高频结构。
建立适合该新型结构的高频分析软件,进行高频分析计算,优化高频结构,提高竞争模式抑制能力。
利用高频分析软件HFSS,CST进行验证,加工高频腔体的实验模型,进行实验研究。
(2)高频系统优化设计
输入腔用自主软件进行分析,并用HFSS软件进行验证,提高模式变换效率,降低输入功率,提高增益。
中间群聚腔、漂移段及输出段采用场匹配、模式耦合理论与散射矩阵级联进行高频场分析,用“十五”完成的数值模拟计算软件,详细研究引入损耗介质降低Q值,抑制模式竞争,减少各腔体之间高频场耦合。
设计出各高频单元,给出冷腔高频场分布及相关参数,用冷测实验加以验证。
(3)磁控注入电子枪研究
改进已有的考虑了相对论效应及空间电荷效应的磁控注入电子枪设计计算程序。
根据实际磁场分布优化电子枪结构尺寸,在大电流(20A-30A左右)使α为1.3-1.5,降低速度零散,获得高性能电子注的双阳极磁控注入电子枪。
(4)进行非线性非自洽注-波互作用理论分析和计算,通过对预群聚电子注在输出腔的注-波互作用的计算,优化高频结构和电子参量提高互作用效率。
(5)在电子枪、冷腔高频分析和非自洽注-波互作用计算基础上,建立电子发射,电子注与各互作用段高频场注-波互作用,电子回收全过程数值模拟模型,对整个互作用过程进行全面模拟。
研究回旋管的起振和模式竞争;电子注参量、外部磁场、高频结构参数等对互作用效率和输出功率的影响;综合考虑各因素的影响,优化参量,提高互作用效率、输出功率和整管工作稳定性。
(6)对收集区内电子注运动轨迹及收集极热负荷与冷却系统进行热力学计算,确保在高平均功率条件下散热良好。
(7)研究输出窗的吸收及反射特性,研究减小吸收及反射的有效方法,使输出窗能承受高平均功率。
(8)进行整管结构工艺优化,降低加工及装配误差的影响。
将电子光学计算,高频计算,注-波互作用数值模拟结合,优化部件及整管设计,严格控制关键尺寸的加工精度,进行高频系统的冷测实验,挑选达到设计要求的高频部件,降低加工误差带来的影响。
同时根据冷测数据进行分析和数值计算模拟,将加工的部件最佳组合,提高利用率。
(9)与相关单位合作,采用复膜阴极,降低灯丝加热功率,提高阴极发射能力及寿命,实现大电流条件下阴极稳定工作。
四、课题计划进度及阶段目标
年度研究工作分为两个阶段:
(1)年1月至年6月
①改进磁控注入电子枪的设计,提高工作电流,降低速度零散;
②新高频系统的理论分析,完善高频分析软件,进行数值模拟和优化设计,抑制自激振荡;
③注-波互作用数值模拟计算和分析,提高输出功率,增宽频带。
阶段目标:
①完成相关分析计算软件的编制和改进;
②电子光学系统、高频系统优化设计方案;
③整管设计方案和优化结果。
(2)年7月至年12月
①高频系统的加工和测试;
②高平均功率结构和工艺研究;
③完善大工作比热测实验系统;
④样管研制和测试。
阶段目标:
①研制出平均功率大于10kW、带宽0.5%的回旋速调管放大器样管;
②样管热测实验结果及分析。
五、已有保障条件及所需设备购置、试制的说明
电子科技大学长期从事回旋器件的理论与实验研究工作,研究队伍不断壮大,在该领域取得了系列研究成果,先后研制成功了2cm波段、8mm波段、4mm波段多种回旋管,并成功地用于受控核聚变等离子体加热,研究成果已获得十多项部省级及国家级奖,其中“八五”期间所完成的8mm三次谐波回旋管获国家技术发明三等奖,“九五”的“8mm三次谐波永磁包装回旋管”经鉴定达到国际领先水平。
“十五”开展了Ka波段回旋速调管的研究工作,研制出脉冲功率200kW,平均功率5kW带宽200MHz,增益35dB的回旋速调放大器,顺利通过863专家组的验收,经鉴定综合技术指标达到国际先进水平。
课题组对回旋管注-波互作用、非线性理论与数值模拟、注-波互作用的动力学理论、高频互作用系统、磁控注入电子枪、电子回旋脉塞新方案、回旋速调管及回旋行波管等方面均进行了大量研究工作,形成一批高效率的设计计算软件。
为回旋速调管放大器进一步的研究工作奠定了深厚、坚实基础。
通过多年回旋管的研究与实验室建设,“211”工程、对俄引进工程,为高功率回旋速调管放大器研究准备了良好硬件设备:
有现代化的冷测系统;有良好的工艺制管条件,已进行的一系列回旋管研制均是在自己的工艺基地上完成的;有良好的高功率热测实验基地,该基地有进行高功率回旋放大器热测实验系统,主要包括8mm波段前级放大链、大工作比高压调制器、GM机制冷的实用超导磁系统。
课题组在长期科研协作中与外协及合作单位建立了良好的合作伙伴关系,这为课题的顺利完成创造了良好的外部条件。
为保障回旋速调放大器研制圆满完成,需试制和购置的主要设备:
(1)10kW-20kW大功率毫米波功率计,进行高平均功率测试。
(2)8mm扫频源,为前级放大链提供高质量的毫米波源。
六、课题提交的技术成果及交付要求
研究成果:
(1)研出脉冲功率大于250kW,平均功率大于10kW,带宽大于0.5%,饱和增益大于30dB,效率大于20%的8mm回旋速调放大器样管。
(2)提交8mm回旋速调放大器优化设计方案。
(3)提交模拟分析计算软件。
(4)提交电子光学系统及新型结构高频系统理论分析及数值模拟结果。
(5)提交全程互作用数值模拟结果。
(6)研究报告,技术总结报告,论文。
七、课题主要研究人员情况
序号
姓名
性别
出生年月
职称/职务
专业
每年为本课题工作时间(月)
在课题中职务(组长或副组长或成员)及分担的任务
所在单位
签名
1
男
65.10
副教授/博导
物理电子学
10
组长,项目负责,总体,专题研究,样管研制
电子科技大学
2
男
64.12
副教授/博士后
等离子体物理
10
电子光学与结构工艺
电子科技大学
3
男
36.11
教授/博导
物理电子学
5
技术指导
电子科技大学
4
男
77.09
讲师/博士生
光学
10
高频输出、冷测、热测、结构工艺
电子科技大学
5
男
70.04
副教授/博士
物理电子学
5
注-波互作用
电子科技大学
6
男
69.10
讲师/博士
物理电子学
10
高频系统
电子科技大学
7
男
64.03
讲师/硕士
电路与系统
10
热测、热测系统
电子科技大学
8
男
74.09
讲师/博士生
物理电子学
10
高频数值模拟
电子科技大学
9
女
77.08
讲师/博士
物理电子学
10
电子光学
电子科技大学
10
男
79.12
助教/博士生
物理电子学
10
电子枪、注-波互作用
电子科技大学
11
男
81.08
硕士生
物理电子学
10
高频计算,粒子模拟
电子科技大学
12
男
81.06
博士生
物理电子学
10
高频、注-波互作用
电子科技大学
合计(人年)
9.2
八、课题经费预算单位:
万元
时间
小计
1.设备费
15
15
a.购置
b.试制
8
8
c.现有仪器设备升级改造
7
7
d.租赁外单位仪器设备
2.材料费(低值易耗品采购、运输、装卸、整理等)
40
40
3.测试化验加工费(检验、测试、化验、加工等)
42
42
4.燃料动力费
21
21
5.差旅费
7
7
a.外埠差旅费
6
6
b.市内交通费
1
1
6.会议费
3
- 配套讲稿:
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