92单元三角栅格径向线子阵馈电系统的设计和实验研究

以探索更多单元数的三角形栅格径向线子阵馈电系统为目的,对92单元子阵馈电系统进行了研究,提出了一种新型耦合探针,以满足馈电系统对耦合量及幅频特性的要求。对馈电系统微波能量不均匀分布引起的探针难以实现耦合量的等幅输出问题进行了分析,并给出了相应的解决方案。实验测试结果表明:馈电系统在中心频率2.856GHz处,驻波系数为1.1,各探针耦合量实现了近似等幅馈电;在2.76~2.92GHz带宽范围内,驻波系数小于1.5,各输出端口的幅频特性一致性较好。实验测试结果与仿真设计结果基本相符。     

纳米晶磁芯恒定磁化速率磁性能参数

设计加工了一套可用于测量环形磁芯在8～12 T/s恒定磁化速率下脉冲性能的实验平台,该实验装置主要包括脉冲形成网络、放电开关、匹配负载及被测磁芯。基于该平台对国产的铁基纳米晶磁芯的磁化曲线进行了测试,得到了铁基纳米晶磁芯在200～300 ns范围内的损耗和非饱和脉冲导磁率。实验结果表明:铁基纳米晶磁芯的相对脉冲导磁率随着磁感应增量增大及工作脉宽减小而减小,磁芯损耗则逐渐增大。     

高频高变比脉冲变压器耦合固态刚管调制器

调制器输出脉冲宽度存在两种模式,输出脉冲宽度为10μs时,工作频率0~8kHz可调,输出脉冲宽度为200μs时,工作频率0~400Hz可调。为了实现了调制器的小型化,初级电压设计为700V,初级储能电容可采用高储能密度的电解电容,且可降低绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联的风险,次级输出电压为70kV,采用变比为100的脉冲变压器。概述其各个组成部分及其工作原理,重点对IGBT固态开关的驱动、保护电路、损耗和吸收回路进行了分析讨论,并对高变比的变压器进行了理论分析。对调制器进行了实验测试,脉冲前沿2.2μs,脉冲后沿1.65μs,过冲小于7%,脉冲顶降小于1%。     

环形脉冲变压器分布电容优化设计及实验

基于高变比脉冲变压器开展全固态调制器研究,输出电压为70kV、输出脉冲为200μs。研究了次级均匀绕制时环形结构脉冲变压器初次级间分布电容,给出了初次级间等效分布电容与静态分布电容的关系。在此基础上,从能量存储角度推导了次级非均匀绕制时初次级间等价分布电容与静态分布电容的关系表达式。基于理论分析对设计研制的脉冲变压器分布电容开展了实验研究,结果表明,采用非均匀绕制方式脉冲变压器动态分布电容减小30%,在脉冲变压器变比为1∶100时实现输出脉冲前沿2.5μs,过冲4.3%。     

螺旋天线步进电机控制系统仿真及运行曲线优化

为实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用步进电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位。为了优化步进电机的开环控制,研究运行曲线对步进电机控制性能的影响,提高步进电机控制速度和精度。根据步进电机及控制系统的工作原理,建立了基于Simulink的步进电机开环控制系统仿真模型,并在此基础上对梯形和抛物线两种运行曲线进行了仿真研究。仿真结果表明,该仿真模型能精确实现两种运行曲线对步进电机的控制,在100 ms的控制周期内,采用梯形运行曲线步进电机的最大无失步转动角度能够达到270°,而采用抛物线运行曲线时其转动角度能够达到360°,抛物线运行曲线在开环控制系统中具有更高的控制速度。     

同轴插板式相移器数值模拟与实验研究

 根据同轴插板式相移器的基本工作原理，对该相移器进行了数值模拟与优化设计，并重点研究了其结构工艺和相移控制方式。在此基础上研制了一个中心频率为4.1 GHz的相移器模型，并通过矢量网络分析仪进行了实验测量。测量结果表明：在4.0～4.2 GHz的频带范围内，该相移器可实现90°的相移量，相移量化精度为1°，相移精度为±１０°,相移器插损1.5 dB。     

相控阵天线主控系统中实时数据交互

波束控制系统是高功率相控阵天线的神经中枢,负责天线阵面中所有单元相位的精确控制和状态监测任务。为实现天线阵面的快速、精确波束转换,采用分布式拓扑结构和嵌入式实时操作系统,设计了两级分布式波束控制方案,开发了基于VxWorks的相控阵天线主控系统。通过UDP协议实现主控系统与其他系统的多节点网络通讯;针对高速、实时通讯需求,利用VxWorks多任务编程接口,设计了一种基于双缓冲队列的Socket通讯方法;为使通讯被各方正确解析,制定了自定义的应用层协议。基于VxWorks的相控阵天线主控系统的开发应用,验证了方案的可行性以及控制软件的可靠性和稳定性。     

新型二次电子倍增阴极构型设计与动力学过程

提出了一种可由脉冲功率驱动的新型二次电子倍增阴极构型,并对其进行了动力学过程的初步理论研究。首先,针对该二次电子倍增阴极,建立了动力学模型,获得了二次电子的位移和速度方程,讨论了电子初始出射速度对其轨迹、渡越时间和碰撞能量的影响,理论给出了渡越时间和碰撞能量的近似解析表达式。其次,通过动力学方程与Vaughan二次电子产额经验公式的耦合求解,获得了该二次电子倍增阴极的工作区间,并对其进行了细致讨论。结果表明:该新型二次电子倍增阴极二极管概念上是可行的,在涂敷高二次电子产额系数材料的圆柱形介质上施加合适的轴向和径向静电场(MV/m量级)以及轴向静磁场(T量级),可以达到电子沿阴极表面螺旋行进过程中实现二次电子倍增并最终获得电流沿轴向放大的设计目标。另外,讨论了正电荷沉积引发的二次电子倍增饱和现象,并对阴极发射电流密度进行了理论粗估,结果表明:阴极发射电流密度可达kA/cm2水平,具备强流发射特性;增加外加径向场强幅值可有效提升阴极发射电流密度。     

阵列天线控制系统的可重构技术

针对控制系统软件在线更新或升级维护的需要,构建了SoPC远程更新系统,研究了一种远程在线更新FPGA硬件配置文件和Nios II软件可执行文件的可重构方法。通过硬件配置代码和软件可执行代码引导顺序的分析,设计了高级BootLoader,可以从任意指定地址加载应用模式映像软件代码;EPCS存储用于远程更新的工厂模式映像和多份用于天线相位控制的应用模式映像;采用自定义的CAN应用层协议,用于传输及校验数据,保证了传输的可靠性。实验验证了方案的可行性,系统可进行多份配置程序的自由切换;即使远程更新失败,FPGA也能自动加载工厂模式映像,提高了系统安全性和可靠性。     

L波段高功率线极化径向线阵列天线理论分析与数值模拟

 探索了L波段的高功率线极化径向线阵列天线。基于三角形栅格形式实现了径向线圆形平面阵列天线,分析并给出了径向线并联馈电网络,并以同轴馈电的水平单圆环线极化天线为基础,利用径向线并联馈电网络设计出了间距小于一个波长下L波段高功率线极化径向线阵列天线。研究结果表明：这种结构实现径向线阵列天线的线极化辐射是可行的,该天线在中心频率1.57 GHz下,增益为19.97 dBi,轴比为-52.06 dB,反射系数为0.105 2;在1.37～1.77 GHz的频率范围内增益大于18.64 dBi,轴向轴比值小于-46.45 dB。