开关激励宽谱电磁脉冲谐振器频域响应特性

开关激励的同轴/4谐振器是产生宽谱高功率电磁脉冲的主要方式之一,采用冲击脉冲方法分析了带耦合器输出的宽带脉冲谐振器频域响应特性。首先推导了频域响应特性与耦合器耦合系数之间的关系,并得到了产生脉冲的带宽表达式,利用Taguchi算法优化设计了宽带耦合器,使其在200~500 MHz的耦合系数S21接近0.6,之后利用轴对称的柱坐标2D-FDTD对带耦合器的宽带脉冲谐振器工作过程进行了模拟,对于不同的谐振长度,可产生200~500 MHz中心频率的宽带脉冲,其频谱和带宽与理论结果吻合较好。     

高功率宽谱开关振荡器

采用1/4波长开关同轴谐振器技术路线,开展了高功率宽谱微波产生及耦合输出技术研究。设计振荡器工作在200 MHz,低阻抗1/4波长同轴传输线与传输线一端的环形多通道气体火花开关构成谐振器,耦合器由集中电容和分布电感构成,实现宽谱微波的能量提取。通过数值模拟研究了振荡器的振荡及耦合输出过程,分析了高压脉冲馈入方式、谐振器阻抗特性及开关齿槽结构对环形开关导通特性的影响。数值模拟和实验结果证明,采用直馈方式、高阻结构和齿槽结构有利于形成开关多通道导通,并提高开关导通的稳定性。在输出电压为500 kV的Marx脉冲功率源平台上构建了高功率宽谱微波产生实验装置,实验得到的宽谱微波振荡频率为195 MHz,辐射因子约150 kV,频谱带宽约30%。     

高功率宽谱开关振荡器

采用1/4波长开关同轴谐振器技术路线,开展了高功率宽谱微波产生及耦合输出技术研究。设计振荡器工作在200 MHz,低阻抗1/4波长同轴传输线与传输线一端的环形多通道气体火花开关构成谐振器,耦合器由集中电容和分布电感构成,实现宽谱微波的能量提取。通过数值模拟研究了振荡器的振荡及耦合输出过程,分析了高压脉冲馈入方式、谐振器阻抗特性及开关齿槽结构对环形开关导通特性的影响。数值模拟和实验结果证明,采用直馈方式、高阻结构和齿槽结构有利于形成开关多通道导通,并提高开关导通的稳定性。在输出电压为500 kV的Marx脉冲功率源平台上构建了高功率宽谱微波产生实验装置,实验得到的宽谱微波振荡频率为195 MHz,辐射因子约150 kV,频谱带宽约30%。     

强电磁脉冲信号激励下复杂目标的散射

 用时域有限差分法仿真了某飞行器缩比模型及该模型涂敷雷达吸波材料的散射特性,得到了鼻锥方向、侧向和后向ns级脉冲激励下模型的时域响应和频域雷达散射截面;并在外场用ns级脉冲源进行了该金属模型的探测实验。仿真与外场实验结果均得到了模型的鼻锥方向回波幅度最小,侧向最大;鼻锥方向回波脉宽最宽,侧向最窄的结论。研究结果表明：外形隐身和材料隐身对ns或亚ns级窄脉冲的隐身效果不明显,ns或亚ns级窄脉冲能发现和识别隐身目标。     

强电磁脉冲信号激励下复杂目标的散射

用时域有限差分法仿真了某飞行器缩比模型及该模型涂敷雷达吸波材料的散射特性,得到了鼻锥方向、侧向和后向ns级脉冲激励下模型的时域响应和频域雷达散射截面;并在外场用ns级脉冲源进行了该金属模型的探测实验。仿真与外场实验结果均得到了模型的鼻锥方向回波幅度最小,侧向最大;鼻锥方向回波脉宽最宽,侧向最窄的结论。研究结果表明：外形隐身和材料隐身对ns或亚ns级窄脉冲的隐身效果不明显,ns或亚ns级窄脉冲能发现和识别隐身目标。     

一种计算多导体传输线电磁脉冲响应的时域方法

基于波形松弛技术, 提出一种计算外界电磁脉冲激励下理想大地上无损多导体传输线瞬态响应的时域迭代方法。首先利用波形松弛技术对复频域内多导体传输线的电报方程进行解耦, 其中相邻导线的耦合作用等效为线上的分布源, 从而使电报方程转换为一系列关于独立导线的解耦方程组; 然后将复频域内传输线的解耦方程转换到时域, 根据时域方程建立相应的等效电路; 最后利用电路仿真软件PSCAD计算电磁脉冲激励下多导体传输线的瞬态响应。本文时域方法的计算结果与时域有限差分(FDTD) 法计算的结果进行对比, 证实了该时域方法的有效性和准确性, 这为工程和科研人员快速评估、分析电磁脉冲激励下多导体传输线的瞬态响应问题提供了一种可靠方法。     

水平极化电磁脉冲模拟器空间场的数值模拟

 采用时域有限差分方法，对水平极化电磁脉冲模拟器所产生的电磁场进行数值模拟，在时域中计算了电磁场的时间 空间分布。讨论了电磁脉冲模拟器产生的电磁脉冲波形和场的空间变化、均匀性等重要因素。结果表明，模拟器产生的电磁脉冲前沿为10ns，接近脉冲电压前沿，波形与脉冲电压波形（双指数波）相差较大；峰值场强在对称轴上并非与距离成反比，而是随距离增大而迅速减弱；该模拟器的双锥 笼形天线能在大范围内（大于等于50m,水平方向）产生均匀分布、高峰值场强、快前沿的电磁脉冲。     

车载单极天线的电磁脉冲响应特性

针对车载系统中使用广泛的短波/超短波单极天线,利用CST仿真分析了高空核电磁脉冲对单极天线的耦合响应特性。计算了天线端接的50 Ω负载对电磁脉冲的时频域感应电压信号,研究了电压信号随不同的脉冲入射角、不同车顶面积以及天线不同位置的变化规律。仿真结果表明：馈电点响应电压峰值随着入射脉冲电场矢量与水平夹角的增大而增大,随着车顶对入射脉冲的有效反射面积增大而增大。仿真结果对车辆天线布局方案的定制及天线系统电磁脉冲防护器件的选择具有重要的指导意义。     

一种紧凑型高功率宽带微波源

 设计了一种高功率宽带微波辐射装置,谐振器采用传输线型谐振器,其中,天线采用单锥喇叭。整个宽带微波产生装置具有结构紧凑、谐振频率较低的特点。用时域有限差分对该装置进行了数值模拟,模拟结果为：辐射场中心频率272 MHz,带宽13.5%。装置与高压脉冲源联试,开关内充电电压为71 kV时,辐射场中心频率为197 MHz,辐射场带宽达到24%,峰值辐射因子为28.3 kV。     

一种紧凑型高功率宽带微波源

设计了一种高功率宽带微波辐射装置,谐振器采用传输线型谐振器,其中,天线采用单锥喇叭。整个宽带微波产生装置具有结构紧凑、谐振频率较低的特点。用时域有限差分对该装置进行了数值模拟,模拟结果为：辐射场中心频率272 MHz,带宽13.5%。装置与高压脉冲源联试,开关内充电电压为71 kV时,辐射场中心频率为197 MHz,辐射场带宽达到24%,峰值辐射因子为28.3 kV。     

宽带强电磁脉冲模拟器发展及设计研究

宽带强电磁脉冲是高功率微波技术近年来的主要发展方向之一,由于模拟器可用于强电磁辐射环境模拟,开展强电磁脉冲效应与防护研究,所以取得了快速发展。对宽带强电磁脉冲模拟器的研究现状进行了介绍,分析模拟器在工作频段和技术体制方面存在的共性,并结合研究需求,设计了一种宽带强电磁脉冲模拟器,该模拟器采用Marx发生器直接驱动高功率宽带天线的方式,实验结果显示该模拟器的远场辐射因子可达224 kV,辐射中心频率215 MHz,带宽可达32%,为宽带强电磁脉冲模拟技术的发展、科学研究提供了参考依据和试验条件。     

紧凑型可重复运行的高功率纳秒脉冲源

讨论了一种低阻抗、高储能密度、可输出中等高压的百ns脉冲形成技术,其输出波形质量较好;采用磁感应电压叠加技术将该脉冲形成装置输出的中等高压脉冲叠加到应用需求的高电压高功率脉冲。研究表明单个感应模块可在2.8 Ω的负载上获得脉冲宽度为220 ns,前沿为50 ns的中等高压脉冲。     

紧凑型可重复运行的高功率纳秒脉冲源

 讨论了一种低阻抗、高储能密度、可输出中等高压的百ns脉冲形成技术,其输出波形质量较好;采用磁感应电压叠加技术将该脉冲形成装置输出的中等高压脉冲叠加到应用需求的高电压高功率脉冲。研究表明单个感应模块可在2.8 Ω的负载上获得脉冲宽度为220 ns,前沿为50 ns的中等高压脉冲。     

多模块快直线变压器高功率脉冲源的研究

阐述了利用快脉冲直线型变压器驱动源(FLTD)技术实现紧凑型高功率脉冲源的思想,分析了FLTD模块数量与系统输出品质之间的关系,通过改进馈电方式降低了对初级整形回路电感的要求,利用回程线圈削弱了波形畸变,通过工程实验,取得了重复频率25 Hz、平顶约80 ns、电子能量近0.8 MeV的束流输出,为重复频率、紧凑型、模块化高功率脉冲源的研制提供了新思路. 关键词： 紧凑 快直线变压器 模块化 高功率脉冲源     

固态化高功率长脉冲驱动源重频特性

基于固态化磁开关、低阻抗脉冲形成网络和感应电压叠加等关键技术, 提出并研制了一台固态化高功率长脉冲驱动源。在前期通过2 GW单次实验验证技术方案的基础上, 研制了中等电压等级的重复频率初级电源;改进了两级磁脉冲压缩系统的复位和绝缘特性;优化了系统整体电路结构, 利用感应电压叠加器完成充电磁开关和脉冲升压的双重功能;设计了合理的复位路径, 实现了各部分磁芯的在线直流复位;并开展了重频运行研究。在电阻负载上获得了输出功率2.1 GW、脉宽约170 ns、重复频率20 Hz及运行时间1 s的实验结果, 脉冲波形的重叠一致性好。     

固态化高功率长脉冲驱动源重频特性

基于固态化磁开关、低阻抗脉冲形成网络和感应电压叠加等关键技术, 提出并研制了一台固态化高功率长脉冲驱动源。在前期通过2 GW单次实验验证技术方案的基础上, 研制了中等电压等级的重复频率初级电源;改进了两级磁脉冲压缩系统的复位和绝缘特性;优化了系统整体电路结构, 利用感应电压叠加器完成充电磁开关和脉冲升压的双重功能;设计了合理的复位路径, 实现了各部分磁芯的在线直流复位;并开展了重频运行研究。在电阻负载上获得了输出功率2.1 GW、脉宽约170 ns、重复频率20 Hz及运行时间1 s的实验结果, 脉冲波形的重叠一致性好。     

重复频率直线变压器在长脉冲高功率源中的应用

在初级脉冲整形的基础上,利用快直线变压器技术,可以使长脉冲高功率微波驱动源的结构紧凑并实现模块化。为此着重分析了直线变压器的传输效率,研究了导致系统输出波形畸变的主要因素。通过工程实验,取得了功率数GW、重复频率25 Hz、前沿约40 ns、宽度约160 ns的长脉冲电子束流输出。     

宽带高功率贴片天线阵列辐射特性

 为提高宽带高功率微波辐射天线的总体功率容量和增益,研究了2×2宽带高功率贴片天线阵列的阵元互耦特性、馈电功分器设计及对宽带电磁脉冲的辐射特性。阵元采用宽带高功率双层贴片天线,分析了阵元反射和互耦系数随阵元间距的变化关系,结合增益变化曲线,选取阵元间距为30 cm。优化设计了1分4的同轴功分器,采用阻抗渐变方法,提高了功分器的带宽,使其在224~415 MHz时的反射系数小于0.1。模拟了带功分器的完整天线阵,结果表明天线阵带宽达到了57.4％,280~390 MHz频带范围内的增益大于12 dB,在360 MHz时达到最大增益14.23 dB,对中心频率320 MHz,带宽10％的宽带电磁脉冲辐射效率为868％,峰值功率增益大于11 dB。     

高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏

高功率电磁脉冲干扰甚至损毁无人飞行器是应对小型无人飞行器威胁的一种非常有效的办法,高功率电磁脉冲对无人机系统进行干扰和毁伤主要通过前门耦合和后门耦合的方式。完成了高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏实验,完成了无人机在电磁脉冲源毁伤作用下的目标易损性分析,根据毁伤效果将高频电磁脉冲对无人飞行器毁伤等级分为三级,即干扰级、毁伤级、失效级。分析了电磁脉冲作用的主要目标元件,结果表明,无人飞行器最有可能受干扰的部分为接收机和电子调速器。在相关研究和实际应用时,应着重研究电磁脉冲对无人飞行器的接收机和电子调速器的毁伤破坏,根据接收机和电子调速器内部的电路结构来确定毁伤最佳频率。