一种高功率共面馈电脉冲辐射天线的设计实验

设计了一种高功率共面馈电脉冲辐射天线。该天线馈源采用双组电大尺寸共面极板馈臂,将馈电点置于焦点处,与直径2.1 m的抛物反射面相配合,实现超宽谱短脉冲的有效定向辐射。提出了一种由同轴输入到4端输出的高功率馈电巴伦,解决了高功率情况下同轴线到4馈臂共面馈电问题。对所设计天线进行测试实验,结果表明：在馈电脉冲宽度为450 ps、峰值电压为142 kV时,辐射因子达到800 kV。     

TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线性能比较

在反射面尺寸一定的情况下,优化设计了 TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线,并对比了两种天线的辐射性能。分析了反射面型脉冲辐射天线的工作机理,通过准静态近似,分别得到了两种天线的远区辐射场解析解。通过理论求解,得到了两种馈源在反射面口径造成的场分布,为天线结构设计提供参考。通过分析不同脉冲宽度时两种天线的辐射情况,比较了这两种馈源性能的优劣。完成了上述两种GW级高功率高效率馈源的研制,并开展了对比实验,实验结果与理论分析相吻合。     

TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线性能比较

在反射面尺寸一定的情况下,优化设计了 TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线,并对比了两种天线的辐射性能。分析了反射面型脉冲辐射天线的工作机理,通过准静态近似,分别得到了两种天线的远区辐射场解析解。通过理论求解,得到了两种馈源在反射面口径造成的场分布,为天线结构设计提供参考。通过分析不同脉冲宽度时两种天线的辐射情况,比较了这两种馈源性能的优劣。完成了上述两种GW级高功率高效率馈源的研制,并开展了对比实验,实验结果与理论分析相吻合。     

高辐射效率超宽谱脉冲辐射天线的设计与实验

设计了一种采用共面TEM馈电结构的抛物反射面超宽谱脉冲辐射天线,分析了该种馈电结构的阻抗特性与辐射特性。实验表明当馈入电压为3 kV、前沿180 ps的超宽谱脉冲时,该天线主轴辐射场测试距离与峰值场强之积平均值达到18.3 kV,相较于常用的TEM喇叭馈电的超宽带反射面天线,其辐射效率有了显著的提高。     

高辐射效率超宽谱脉冲辐射天线的设计与实验

设计了一种采用共面TEM馈电结构的抛物反射面超宽谱脉冲辐射天线,分析了该种馈电结构的阻抗特性与辐射特性。实验表明当馈入电压为3kV、前沿180ps的超宽谱脉冲时,该天线主轴辐射场测试距离与峰值场强之积平均值达到18.3kV,相较于常用的TEM喇叭馈电的超宽带反射面天线,其辐射效率有了显著的提高。     

线框馈电抛物反射面高功率电磁脉冲辐射天线

 研制了一种由高功率宽带模式转换结构、导电线框TEM喇叭馈电结构及抛物反射面构成的天线,用其辐射高功率亚纳秒电磁脉冲。时域测试表明,在半宽为700ps、峰值电压为200kV脉冲激励下,天线的主瓣宽度约为±3.8°,辐射效率约为37%。     

用于瞬态高功率脉冲辐射的超宽带天线设计

基于Valentine天线的辐射原理,设计出可发射峰值电压610 kV、频谱范围0.2~2 GHz高功率脉冲的超宽带天线。利用油作为绝缘介质过渡巴伦可使天线直接加载于50 Ω的同轴波导上;通过优化填充介质及天线拓扑结构提高了耐压能力及辐射特性。仿真结果表明,设计的天线具有低反射、宽频带、高增益和高耐压强度等优点。     

高功率半抛物面冲击脉冲辐射天线系统实验研究

描述了研制的一种集高重复频率、高功率冲击脉冲源和半抛物面反射器冲击脉冲辐射天线为一体的新型超宽带辐射天线系统,内容包括天线理论分析、系统工程设计和实验。研制的紧凑型高功率半IRA实验系统,在轴上30m处电场达13kV/m。     

高功率半抛物面冲击脉冲辐射天线系统实验研究

 描述了研制的一种集高重复频率、高功率冲击脉冲源和半抛物面反射器冲击脉冲辐射天线为一体的新型超宽带辐射天线系统,内容包括天线理论分析、系统工程设计和实验。研制的紧凑型高功率半IRA实验系统,在轴上30m处电场达13kV/m。     

高功率超宽带脉冲辐射实验装置

对高功率超宽带脉冲辐射实验装置的理论分析、工程设计及实验等分别进行了介绍。高功率超宽带脉冲辐射实验装置主要由脉冲充电电源、超宽带脉冲产生装置及超宽带脉冲发射天线三部分组成。脉冲充电电源为脉冲产生装置提供充足的前级能源；超宽带脉冲产生装置包括高压储能电容、高压开关、充电电感、低阻脉冲形成线、亚纳秒开关和高功率负载等部分；超宽带脉冲发射天线包括阻抗变换、传输线、同轴到平板过渡段、TEM喇叭馈源、透镜及密封腔、4．5m抛物面等部分。     

冲击脉冲辐射天线辐射场计算及应用

根据由张量法得到的任意线天线电场计算公式,利用镜像法推导,得到冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式。应用该表达式计算冲击脉冲辐射天线应用于辐射波电磁脉冲模拟器的时域辐射场,并与数值计算进行比较,结果表明:解析计算得到的辐射场波形与数值计算结果吻合较好,因此,利用解析表达式可以方便地观察天线结构参数对天线辐射场波形的影响,从而选取合适的参数以产生符合标准要求的天线场波形。     

冲击脉冲辐射天线辐射场计算及应用

根据由张量法得到的任意线天线电场计算公式,利用镜像法推导,得到冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式。应用该表达式计算冲击脉冲辐射天线应用于辐射波电磁脉冲模拟器的时域辐射场,并与数值计算进行比较,结果表明：解析计算得到的辐射场波形与数值计算结果吻合较好,因此,利用解析表达式可以方便地观察天线结构参数对天线辐射场波形的影响,从而选取合适的参数以产生符合标准要求的天线场波形。     

高功率楔形介质填充天线设计

 针对高功率超宽带天线应用中的绝缘性及方向性等关键问题,设计了一种基于TEM喇叭天线形式的楔形介质填充天线,并利用时域有限差分数值方法分析了这种新型介质填充天线的辐射性能。数值模拟与测试结果表明,所设计的这种楔形介质填充天线不仅可以满足高功率天线的绝缘性要求,而且在主轴方向上具有较强的辐射场。     

高功率椭圆形柱面介质透镜天线阵的设计

设计了一种椭圆形柱面透镜天线阵列。为改善天线的辐射性能,考虑到高功率应用中的高压击穿问题,提出在横截面为椭圆形组合矩形的天线罩内填充变压器油的方法,并将三元刀型天线阵列密封其内,形成介质透镜天线阵。利用椭圆的几何聚焦能力和介质的缩波效应,提高天线阵列的主瓣增益,并增加天线阵列的电尺寸。通过调整天线阵列的单元间距,相较于不加透镜的阵列结构,该结构的轴向远场电压峰峰值增加41%,远场辐射波束宽度变窄,前后比也得到改善,且增益提高了4.96 dB,功率容量提高338倍,达9.63 GW。     

高功率椭圆形柱面介质透镜天线阵的设计

设计了一种椭圆形柱面透镜天线阵列。为改善天线的辐射性能,考虑到高功率应用中的高压击穿问题,提出在横截面为椭圆形组合矩形的天线罩内填充变压器油的方法,并将三元刀型天线阵列密封其内,形成介质透镜天线阵。利用椭圆的几何聚焦能力和介质的缩波效应,提高天线阵列的主瓣增益,并增加天线阵列的电尺寸。通过调整天线阵列的单元间距,相较于不加透镜的阵列结构,该结构的轴向远场电压峰峰值增加41%,远场辐射波束宽度变窄,前后比也得到改善,且增益提高了4.96 dB,功率容量提高338倍,达9.63 GW。     

Characteristics of high-power radiating imploding discharge with cold start

A qualitative model of the dynamics of a multiterawatt radiating Z-pinch with cold start and high rate of current rise is proposed. The model is used to analyze discharges with currents I ～ 2–5 MA (with dI/dt > 10¹³ A/s) through uniform or structured plasma-producing loads, including wire arrays. The most important consequence of cold start is that spatially nonuniform plasma production is prolonged to almost the entire current rise time. Under these conditions, the Ampére force begins to play a dominant role in the plasma dynamics before the plasma-producing load is completely transformed into an accelerated plasma. The results of computations of wire-array vaporization are presented. A formula is proposed for estimating the highest attainable velocity of plasma flow into a heterogeneous liner driven by the Ampére force. It is shown that local imbalance between radial motion of the produced plasma and supply of the plasma-producing substance to be ionized leads to axially nonuniform breakthrough of magnetic flux into the liner, which precedes plasma collapse. The magnetic-flux breakthrough gives rise to a chaotic azimuthal-axial plasma structure consisting of radial plasma jets of relatively small diameter, which is called a radial plasma rainstorm. The breaking-through azimuthal magnetic flux obstructs further current flow in the breakthrough region. Analyses of Z-pinch implosion based on the theory of Rayleigh-Taylor instability or the snowplow model are incorrect under the plasma-rainstorm conditions. The processes taking place in a stagnant Z-pinch include conversion of the energy carried by the current-generated magnetic field into turbulent MHD flow of the ion component of the plasma, its convective mixing with magnetic field, heating, energy transfer from ions to electrons, and emission from the plasma. Under typical experimental conditions, emission plays a key role in the energy balance in an imploding pinch. Z-pinch is modeled by an electric-circuit component that has a time-dependent nonlinear impedance and consumes the magnetic energy supplied by a generator through a magnetically insulated transmission line (MITL). The peak power reached in the circuit is comparable to the peak soft X-ray power output emitted by the pinch in terms of magnitude and timing. Optimum matching conditions are formulated for the generator-MITL-pinch circuit.