短脉冲高功率微波大气击穿研究

论述了短脉冲高功率微波在波导内和自由空间中大气击穿的实验研究,给出了不同气压条件下的击穿阈值,并对两实验条件下的结果进行了比较,两种实验的数据统计结果基本一致,证明了采用波导内大气击穿方法来研究大气击穿问题的合理性。     

高功率微波脉冲大气击穿概率研究

高功率微波大气击穿实验中,入射功率在大气击穿阈值附近,即使外界条件相同,大气击穿可能发生也可能不发生。针对这一问题,基于大气击穿机理,将大气击穿分为首个电子出现在击穿区域和高功率微波电场导致雪崩击穿两个过程。针对第一个过程,建立了改进的电子连续性方程,引入平均电子产生率分析大气击穿发生前电子出现的概率问题;针对第二个过程,建立了高功率微波大气雪崩击穿概率模型。综合两个过程,建立了高功率微波大气击穿概率模型,仿真了不同压强条件下大气击穿的概率,并与相关实验数据进行了比对,仿真结论与实验数据吻合较好。     

高功率微波脉冲大气击穿概率研究

高功率微波大气击穿实验中,入射功率在大气击穿阈值附近,即使外界条件相同,大气击穿可能发生也可能不发生。针对这一问题,基于大气击穿机理,将大气击穿分为首个电子出现在击穿区域和高功率微波电场导致雪崩击穿两个过程。针对第一个过程,建立了改进的电子连续性方程,引入平均电子产生率分析大气击穿发生前电子出现的概率问题;针对第二个过程,建立了高功率微波大气雪崩击穿概率模型。综合两个过程,建立了高功率微波大气击穿概率模型,仿真了不同压强条件下大气击穿的概率,并与相关实验数据进行了比对,仿真结论与实验数据吻合较好。     

高功率微波大气击穿区域分布

大气击穿是高功率微波(HPM)大气传输研究最主要的内容。一方面高功率微波辐射天线近场以振荡场形式存在,在某些局部点形成场强的峰值分布,导致天线近场击穿、天线口径面介质击穿等一系列复杂的问题;另一方面,随着单台微波源功率的大幅提高和功率合成技术的发展,天线远场区的大气击穿问题越来越突出。如何判别是否存在大气击穿,如何确定判断的依据,都是需要解决的问题。论文提出依据击穿阈值和天线辐射场与高度关系曲线的变化规律进行判断。当HPM初始辐射场小于该区域大气击穿阈值,且上述两条曲线之间存在交点,即说明存在HPM辐射天线未击穿而传输路径近场区或远场区可能满足大气击穿条件的情况,这一现象也在相关实验中得到了证实。     

高功率微波大气击穿区域分布

大气击穿是高功率微波(HPM)大气传输研究最主要的内容。一方面高功率微波辐射天线近场以振荡场形式存在,在某些局部点形成场强的峰值分布,导致天线近场击穿、天线口径面介质击穿等一系列复杂的问题;另一方面,随着单台微波源功率的大幅提高和功率合成技术的发展,天线远场区的大气击穿问题越来越突出。如何判别是否存在大气击穿,如何确定判断的依据,都是需要解决的问题。论文提出依据击穿阈值和天线辐射场与高度关系曲线的变化规律进行判断。当HPM初始辐射场小于该区域大气击穿阈值,且上述两条曲线之间存在交点,即说明存在HPM辐射天线未击穿而传输路径近场区或远场区可能满足大气击穿条件的情况,这一现象也在相关实验中得到了证实。     

垂直相交高功率微波大气击穿的理论研究

将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解, 对垂直相交高功率微波电离大气产生等离子体的过程进行了模拟研究. 对于相干(同频)垂直相交高功率微波束, 只有当初始自由电子出现在(或到达)强场(干涉加强)处, 自由电子才会被加速并与本底气体发生碰撞电离, 在放电的开始阶段, 等离子体区域主要沿着强场区运动, 并逐渐形成一个由分立的丝状等离子体组成的带状区域. 这个带状等离子体区域足够长以后, 由于其对电磁波的吸收和反射, 其将等离子体两侧的两束微波分割开. 随着时间的推移, 在等离子体附近的强场区, 不断出现新的等离子体带. 比较发现, 当其他条件相同时, 相干微波束产生的等离子体区域比非相干微波束大. 关键词： 相交高功率微波束 大气击穿     

高功率微波大气击穿的光学诊断

介绍了一种高功率微波在波导内击穿光电诊断测量装置,测得了大气击穿的光电信号,获得了HPM击穿形成的等离子体衰减常数,对击穿点向源方向移动的猜想进行了实验验证。同时进行了短脉冲HPM在自由空间击穿实验,获得了HPM在自由空间击穿的系统光学图像,分析了击穿的放电特征。     

高功率微波大气击穿的光学诊断

 介绍了一种高功率微波在波导内击穿光电诊断测量装置,测得了大气击穿的光电信号,获得了HPM击穿形成的等离子体衰减常数,对击穿点向源方向移动的猜想进行了实验验证。同时进行了短脉冲HPM在自由空间击穿实验,获得了HPM在自由空间击穿的系统光学图像,分析了击穿的放电特征。     

基于混合大气传输模型的单脉冲高功率微波大气击穿理论与实验研究

综合考虑高功率微波强电场作用下的热致快速电子效应、碰撞频率、电离频率等充分体现高功率微波特性的参量模型,基于高功率微波混合大气传输模型,提出了单脉冲高功率微波混合大气统一非线性击穿模型,定义了单脉冲高功率微波击穿阈值.理论研究结果表明:考虑中性气体分子极化作用以及电子的碰撞热效应后,大气击穿时对应的等离子体频率明显变大;大气击穿阈值随高度的增加先逐渐减小然后增大,在30-60 km区域存在一个极小值.开展了X波段窄带高功率微波单脉冲大气击穿实验研究,得到了典型条件下的高功率微波击穿现象、波形和阈值,且与理论结果一致性较好.     

高功率微波大气击穿阈值分析及实验

对高功率微波脉冲的大气击穿进行了理论分析和数值模拟,推导了单脉冲和重复频率脉冲两种情况下电子数密度的变化表达式通过计算给出了在不同大气压强、脉冲宽度以及重复频率的条件下,高功率微波脉冲大气击穿阈值的变化规律。设计了高功率微波大气击穿实验系统,并开展了实验研究,实验的结果与数值模拟结果基本一致。     

A STUDY OF HIGH POWER MICROWAVE AIR BREAKDOWN

This paper presents the results of research on microwave breakdown in air, it includes the experimental study and the theoretical analysis. The experimental study has been done in a waveguide with a frequency of 9.37GHz, the peak power up to 200kW, pulse width from 0.3 to 2.0μs. The repetition rate of microwave source is from single pulse to 970 pulse per second. The process of the breakdown of repetition pulse has also been recorded for a burst of ten pulses. A theoretical model for breakdown threshold is presented also. The theoretical are in good agreement with the experimental ones.     

高功率微波脉冲大气传输的一些规律

 推导了高功率微波（HPM）脉冲大气击穿阈值功率公式，估计了脉冲从地面向上传输的潜行时间。数值模拟了HPM大气传输的物理图象和潜行时间的变化。     

一种新型高功率微波探测器

 叙述了基于P型硅半导体中的热载流子效应研制成功的一种单脉冲高功率微波探测器。这种高功率微波探测器具有承受微波功率高(比普通检波器高近六个量级)、时间响应快(响应时间小于2.0ns)等特点。探测器由P型硅传感单元和标准波导组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围,根据不同需求可以在3.0GHz至30GHz的频率范围内制作成多种不同型号的探测器。也给出了工作在X波段的这种探测器的标定方法和标定结果,标定结果表明探测器的输出信号幅度正比于注入微波功率,输出电压值可达10V。该探测器很适合于高功率微波峰值功率测量,尤其在电磁干扰环境中具有优势,为解决目前高功率微波功率测量不准的技术难题提供了一种有效的技术手段。     

孔洞厚度对高功率微波脉冲耦合的影响

通过数值模拟研究了高功率微波脉冲与有限厚度孔洞的耦合过程，得出了孔洞厚度对高功率微波脉冲耦合的一些有用结果。     

用束波导与真空椭圆软波导传输的高功率微波发射系统研究

对两种高功率微波传输与发射系统进行了研究、比较，其中，束波导传输偏置抛物面系统适用于过模波导用入．真空椭圆软波导传输抛物面系统适用于单模波导输入的情况，对以上两种发射系统进行了物理光学数值分析（ＰＯ／ＰＯ）．在Ｓ波段，在未优化设计前，前者截获效率８６．６％，增益４０ｄＢ，后者截获效率９６．７％，增益４２．５ｄＢ．     

电子系统HPM效应敏感度评估新方法

 将模糊信息分析、信息分配和信息扩散原理等模糊信息优化处理理论应用于电子系统 HPM效应评估, 建立了以效应实验数据为基础的HPM效应敏感度概率分布曲线和系统失效阈值与HPM参数之间关系预测的模糊数学计算模型, 编制了模拟计算程序, 并对一些实例作了分析计算。     

轴向加速管—一种新的高功率微波源

 提出一种新的高功率微波源器件——轴向加速管,与径向加速管比较,有两点不同：在二极管/共振腔后加了一个加速区及将径向加速改为轴向加速。研究了这种器件中电子束的群聚和辐射。发现在二极管与共振腔结合的系统里,电子束可实现理想群聚,各次谐波电流在非相对论条件下可达到初始电流的5.6倍。通过电子束再加速和仔细设计提取腔,可望得到可调频率和高功率的微波脉冲。     

高功率微波脉冲宽度效应实验研究

 根据部分高功率微波效应实验结果,初步总结了微波脉冲宽度与效应物扰乱阈值的关系,主要结论是：效应物的扰乱阈值在其它条件固定的情况下随脉宽的增加而降低,但存在一拐点区域,在拐点区域以后脉宽再增加则扰乱阈值不再发生明显变化。     

高功率微波场磁光传感技术研究

 本文介绍一种利用磁光晶体记录特性进行高功率微波场矢量测量的传感技术。对返波管振荡器微波场的多点阵列测试表明,该传感系统对被测场无影响,抗干扰能力强,空间分辨率为0.001m,可测出场的主要模式成份TM₀₁、TE₀₁和TE₁₁,以及各成份的场强和功率,对总功率的估算值与喇叭耦合测量结果有较好的一致性。