Μελέτες προσομοίωσης μικροκυματικών διατάξεων υψηλής ισχύος

Καλογερόπουλος, Ιάσων

Simulation studies of high-power microwave devices

Διπλωματική εργασία

Author

Καλογερόπουλος, Ιάσων

Date

2023-07-17

Advisor

savaidis, stylianos
Ioannidis, Zisis

Diploma Thesis - Iason Kalogeropoulos - ene50347067.pdf (10.04Mb)

Keywords

Μικροκύματα υψηλής ισχύος ; Μικροκυματικός Συμπιεστής Παλμών ; Κυματοδηγοί ; Ηλεκτρομαγνητικά κύματα ; Σύνδεσμος Τ ; Επαγωγική ίριδα ; Ηλεκτρικό πεδίο ; Προσομοίωση

Abstract

Με τον όρο συμπίεση μικροκυματικών παλμών ονομάζουμε τη διαδικασία στην οποία παράγεται ένας σύντομος σε διάρκεια παλμός υψηλής ισχύος, έναντι του παλμού εισόδου που δημιουργείται από μικροκυματική πηγή χαμηλότερης ισχύος αλλά μεγαλύτερης διάρκειας από τον παραγόμενο. Η παρούσα Διπλωματική Εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και την αξιολόγηση, ως προς τη λειτουργία και τις επιδόσεις, εναλλακτικών τοπολογιών μικροκυματικών συμπιεστών υψηλής ισχύος. Η εκδοχή των διατάξεων μικροκυματικής συμπίεσης παλμών, η οποία θα μελετηθεί βασίζεται στην κατασκευή κυματοδηγικών μικροκυματικών κοιλοτήτων, οι οποίες αποθηκεύουν ενέργεια και στη συνέχεια με χρήση ενός μηχανισμού μεταγωγής, όπως ένα φιαλίδιο εκκένωσης (Gas Discharge Tube, GDT) την εξάγουν με τη μορφή ενός παλμού μικρής διάρκειας και υψηλού πλάτους. Με τη χρήση του λογισμικού ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσης “CST Studio Suite” θα πραγματοποιηθεί η προσομοίωση της λειτουργίας και η συγκριτική αξιολόγηση των επιδόσεων για εναλλακτικές τοπολογίες διατάξεων συμπίεσης μικροκυματικών παλμών. Οι διατάξεις προς μελέτη αποτελούνται από τμήματα κυματοδηγών WR-340, επαγωγική ίριδα και Ε-επιπέδου συνδέσμους-Τ (E-plane T-junctions). Οι εναλλακτικές τοπολογίες, οι οποίες εξετάζονται, έχουν ως κοινό στοιχείο την εξαγωγή των συμπιεσμένων παλμών από τον πλευρικό βραχίονα του συνδέσμου Τ. Η διαφοροποίηση τους συνίσταται στην διαφορετική τοποθέτηση (συμμετρική ή μη) του συνδετήρα T εντός της διάταξης καθώς και η ύπαρξη ενός ή δύο συνδετήρων Τ και κατ’ επέκταση η ύπαρξη μίας ή δύο θυρών εξόδου του συμπιεσμένου παλμού. Κύριος στόχος της Διπλωματικής Μελέτης είναι να συγκριθούν μεταξύ τους οι διαφορετικοί συμπιεστές για να εξαχθούν συμπεράσματα σχετικά με τη λειτουργία και τις επιδόσεις τους.

Abstract

Microwave Pulse Compression (MPC) techniques aim to produce a short-duration highpower pulse using an input pulse of lower power and longer duration. This Thesis project deals with the study and evaluation of alternative MPC topologies, in terms of operation principles and performance. The version of MPC devices that will be studied is based on the construction of waveguide microwave cavities, which store energy and then, using a switching mechanism, such as a gas discharge tube (GDT), extract it rapidly producing a pulse with short duration and ultra-high amplitude. The simulation of operation and the comparative performance evaluation of alternative MPC topologies will be carried out by using the electromagnetic software “CST Studio Suite”. The MPC devices to be studied consist of WR-340 waveguide sections, inductive iris and E-plane T-junctions. The alternative topologies considered have in common the extraction of the compressed pulses from the side arm of the T-junction. Their differences concern the different placement (symmetrical or not) of the T-junction within the MPC structure as well as the existence of one or two T-junctions, or equivalently the existence of one or two output ports for the compressed pulse. The main objective of the Diploma Study is to compare the different compressors with each other in order to draw conclusions about their operation and performance.