一体化D-dot探头在传输线电压测量中的设计和应用

设计一种一体化D-dot探头开展脉冲功率装置中传输线高电压测量工作。D-dot探头安装在传输线外筒上,主要由基座、密封电缆头、探头外壳、绝缘层、信号电极和连接杆构成。采用同轴螺纹连接及限位结构将探头各部件形成一个整体,实现结构的紧凑性和拆装过程的完整性。利用密封BNC探头和无氧铜密封圈实现良好的密封性能,同时减小探头的弹性余量保证测量的准确性。设计了较小的探头对地电容,从而获得良好的高频响应。采用OrCAD/Pspice开展电路模拟,结果显示设计的探头满足信噪比和前沿响应要求。采用CST开展静电场模拟,结果显示设计的D-dot探头可以满足1 MV传输线电压下的绝缘要求。标定和实验结果表明该探头可以响应前沿为几十ns的信号,能够满足测量需要。     

阳加速器水传输线D-dot的设计、标定和实验

 应用D-dot探测器进行了阳加速器水传输线电压测量,利用探头与高压电极之间的结构电容获得脉冲电压的微分信号,通过RC积分取得电压信号。利用Pspice软件的瞬态分析功能模拟结合实验结果估算了探测器的杂散参数,进行了幅频响应特性分析;运用频响分析解释了测试结果。在加速器低电压短路实验状态下,用电阻分压器对其进行了在线标定。测量结果表明D-dot探测器获取了正确的电压波形,且工作稳定可靠。     

阳加速器水传输线D-dot的设计、标定和实验

应用D-dot探测器进行了阳加速器水传输线电压测量,利用探头与高压电极之间的结构电容获得脉冲电压的微分信号,通过RC积分取得电压信号。利用Pspice软件的瞬态分析功能模拟结合实验结果估算了探测器的杂散参数,进行了幅频响应特性分析;运用频响分析解释了测试结果。在加速器低电压短路实验状态下,用电阻分压器对其进行了在线标定。测量结果表明D-dot探测器获取了正确的电压波形,且工作稳定可靠。     

亚纳秒脉冲高电压测量探头

为测量紧凑型快前沿高电压脉冲源的输出电压,设计了D-dot电压探头。分别进行了刻度因素标定和频响标定,采用前沿约50 ns的高压脉冲信号对探头进行在线标定确定探头的刻度因素。将探头安装在阻抗为50 的传输线上,用亚纳秒脉冲源进行频响标定,表明该探头的响应约为150 ps。高压实验结果表明该探头能够正确获取高电压快脉冲信号,工作稳定可靠。

     

亚纳秒脉冲高电压测量探头

为测量紧凑型快前沿高电压脉冲源的输出电压,设计了D-dot电压探头。分别进行了刻度因素标定和频响标定,采用前沿约50 ns的高压脉冲信号对探头进行在线标定确定探头的刻度因素。将探头安装在阻抗为50 的传输线上,用亚纳秒脉冲源进行频响标定,表明该探头的响应约为150 ps。高压实验结果表明该探头能够正确获取高电压快脉冲信号,工作稳定可靠。     

一种高功率三平板传输线电压测量探头的设计

 为测量高功率水介质三平板传输线的电压,设计、标定了一种D-dot探头,安装在三平板线的入口和出口处,探头感应脉冲电压的微分信号。探头与基座之间的绝缘层为浇注的环氧树脂,可以在满足密封去离子水的要求下,使探头对地电容较小,从而获得良好的高频响应。利用ANSYS对探头结构进行了优化设计,使三相点位置的电场强度得到有效降低。使用经线下标定过的电阻分压器进行标定。实验中采用电容器放电,用一段高压电缆作为脉冲形成线获得逐级上升的快前沿（约70 ns）电压脉冲,并将之作为标定信号源,标定得到三平板线入口、出口探头的灵敏度分别为386 kV/V和402 kV/V。探头测量结果与电路模拟结果一致。在三平板线耐压实验中,板线出口电压达到了3.1 MV,探头的绝缘结构设计能够满足要求。实验结果表明该探头适合高功率三平板传输线电压的测量。     

超宽带电磁脉冲辐射场测量技术研究

介绍了一种用于空间自由电磁脉冲测量的探测器,该探测器为阻抗渐变型TEM喇叭结构。重点介绍了探测器灵敏度的测量方法,测试结果表明,在80MHz~2.2GHz范围内,探测器灵敏度的频响起伏小于20%,相位随频率线性变化,标定误差小于12%。     

超宽带电磁脉冲辐射场测量技术研究

 介绍了一种用于空间自由电磁脉冲测量的探测器,该探测器为阻抗渐变型TEM喇叭结构。重点介绍了探测器灵敏度的测量方法,测试结果表明,在80MHz~2.2GHz范围内,探测器灵敏度的频响起伏小于20%,相位随频率线性变化,标定误差小于12%。     

4 MV感应电压叠加器的电压测量

为测量4 MV感应电压叠加器的电压,设计和标定了多个D-dot电压探头。频响测试结果表明探头频率上限大于270 MHz,满足待测电压信号频率响应需求。标定中,由于分压器与探头的安装位置不同,为了避免传输线阻抗失配导致快前沿电压信号在不同测量点的电压波形差异,采用前沿数百纳秒的脉冲信号开展标定。由于探头的低频特性同时满足标定与实测的需求,因而标定的准确性得以保证。考虑装配结构及精度对探头灵敏度的直接影响,次级电压探头采取了在感应腔逐级安装过程中的在线标定方法。由于靠近二极管的电压探头受到电子等影响导致波形畸变,因此直接测量负载电压存在困难。4 MV装置的多发实验结果表明,输出端传输线上电压波形与其下游位置电压波形之差,与用两者之间电感计算的电压波形相吻合,说明采用二极管上游电压探头的测量结果来计算二极管电压是行之有效的。     

基于FPGA的电磁脉冲电场测量系统

为了测量纳秒级前沿的电磁脉冲电场,研制了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的宽频带电磁脉冲电场测量系统,该系统采用单极子天线作为电场探头的接收天线,高速AD采集调理电路输出的电压信号,由FPGA接收AD采样的数据并保存至DDR2和FLASH存储器中;分析了系统的整体方案;对系统的信号调理、采集的触发方式、FPGA控制以及干扰屏蔽等关键技术进行了重点分析;通过电场探头、电磁脉冲模拟器、PTEM暗室、衰减器以及示波器进行了性能和功能验证实验;利用软件将电场探头和示波器测得的信号进行处理和对比;实验表明,所研制的电场探头可以测量前沿大于2.5 ns、电场强度为0~50 kV/m的脉冲电场,系统线性度好,体积小,抗干扰性能好,测量准确性高。     

辐射式核电磁脉冲模拟器TEM喇叭天线

针对辐射式核电磁脉冲模拟器采用TEM喇叭天线作为辐射天线时低频辐射能力有限的问题,对板型和线型两种基本形式的TEM喇叭天线进行了分析。在采用线型TEM喇叭天线以减轻模拟器重量的基础上,在天线末端采用螺旋线结构,并增加屏蔽板回路,构造了一种新型TEM喇叭天线。结果表明：与普通线型TEM喇叭天线相比,该新型天线较大地提高了低频辐射性能,可使近场波形脉宽提高7 ns左右,峰值场强提高了1 kV/m左右;通过增大螺旋线半径和提高螺旋线密度可以提高峰值场强,增加近场波形脉宽;通过屏蔽板回路可以降低反射波纹的波峰从而改善近场波形。     

二维圆柱坐标系中五角形共形网格算法

时域有限差分（FDTD）算法求解电磁问题时,如果目标结构不能和传统网格体系共形,往往采用局部共形网格或非正交网格算法。详细讨论了二维圆柱坐标系中五角形共形网格算法,该算法能方便地对倾斜薄层媒质或电导率不均匀的倾斜媒质等复杂结构建模,并以锥形电磁脉冲天线为例,验证了该算法的有效性。     

小波计盒分形维数核爆电磁脉冲信号模糊识别

为了在现有禁核试验条件下开展核爆电磁脉冲探测技术研究,对实测的非均匀采样核爆电磁脉冲数据进行阈值检波、直流剔除、滤波、插值和归一化处理后,采用小波分析提取信号第四尺度小波系数能谱熵、第一尺度和第四尺度小波系数计盒分形维数特征值,在统计分析的基础上分别建立其专用隶属度函数;利用模糊识别理论,对核爆电磁脉冲信号和作为主要探测干扰信号源的闪电电磁脉冲信号进行了模糊识别,获得了总识别率为99.41%的识别效果。     

基于时频图像分析的核爆与雷电电磁脉冲识别

根据核爆和雷电电磁脉冲信号非平稳、非线性特点,对核爆电磁脉冲(NEMP)和雷电电磁脉冲(LEMP)信号进行了Hilbert谱分析,计算了二者Hilbert谱的图像区域特征,对二者进行了识别研究,并且从NEMP和LEMP不同的产生机理上对识别结果进行了分析。实验结果表明：以Hilbert谱的面积和重心,以及六维图像区域特征作为特征,对NEMP和LEMP的识别率达到了90％以上,可以对二者进行有效识别。     

小波计盒分形维数核爆电磁脉冲信号模糊识别

为了在现有禁核试验条件下开展核爆电磁脉冲探测技术研究,对实测的非均匀采样核爆电磁脉冲数据进行阈值检波、直流剔除、滤波、插值和归一化处理后,采用小波分析提取信号第四尺度小波系数能谱熵、第一尺度和第四尺度小波系数计盒分形维数特征值,在统计分析的基础上分别建立其专用隶属度函数;利用模糊识别理论,对核爆电磁脉冲信号和作为主要探测干扰信号源的闪电电磁脉冲信号进行了模糊识别,获得了总识别率为99.41%的识别效果。     

二维圆柱坐标系中五角形共形网格算法

 时域有限差分（FDTD）算法求解电磁问题时,如果目标结构不能和传统网格体系共形,往往采用局部共形网格或非正交网格算法。详细讨论了二维圆柱坐标系中五角形共形网格算法,该算法能方便地对倾斜薄层媒质或电导率不均匀的倾斜媒质等复杂结构建模,并以锥形电磁脉冲天线为例,验证了该算法的有效性。     

基于AR模型与神经网络的核爆与闪电电磁脉冲信号识别

对平稳随机信号功率谱估计的AR模型,分别利用自相关函数法和Burg算法求该模型系数,作为核爆炸和闪电电磁脉冲信号的特征值;采用BP神经网络作为分类器以及不同的隐含层数和隐含层节点数,对核爆和闪电电磁脉冲实测数据进行识别研究。结果表明：AR参数模型法对两类信号特征值提取是非常有效的,采用Burg算法来求AR模型参数,其特征值提取效果优于自相关函数法。