三维感应场率有限长柱体阵列高功率微波辐照特性分析

为了研究高功率微波对平行柱体阵列的辐照特性,提出一种分析有限长柱体阵列散射特性的三维感应场率法。基于矩量法分析柱体的散射场,建立了有限长柱体的三维感应场率模型,并反推出产生散射场的等效辐射电流。借鉴细线天线的阻抗分布规律,推导出柱体不同位置的分布电流,构成以柱体长度、半径以及观察角度为参数的感应场率矩阵。基于此,实现不同间距和长度的三根平行柱体的散射分析,并将计算结果与矩量法进行对比验证。结果表明,采用三维感应场率方法,只需计算单根柱体的感应场率矩阵,即可得出不同间距、不同长度柱体阵列的散射场,验证了三维感应场率法分析柱体阵列辐照特性的可行性。     

粗糙海面高功率微波传输特性矩量法分析

应用蒙特卡罗方法实现了粗糙海面的仿真与模拟,建立了基于双积分方程的高功率微波（HPM）近海面传输特性矩量法计算模型。模型采用光滑窗函数对均匀平面波进行调制,把均匀平面波入射调制为锥形波,消除了粗糙海面突然被截断而引起的边缘效应的影响;重新推导了锥形波入射下的基尔霍夫近似公式,并在满足基尔霍夫近似的条件下,通过对比分析,验证了模型的正确性;采用模型计算分析了不同海面几何参数和海水媒质参数对HPM近海面传输系数的影响。结果表明：粗糙海面的均方根高度对HPM传输系数影响明显,均方根高度越大,传输系数越小,能量分布越均匀;另外随着海水介电常数实部和虚部的增加,传输系数均有所增加,并且实部的影响更明显。     

粗糙海面高功率微波传输特性矩量法分析

应用蒙特卡罗方法实现了粗糙海面的仿真与模拟,建立了基于双积分方程的高功率微波（HPM）近海面传输特性矩量法计算模型。模型采用光滑窗函数对均匀平面波进行调制,把均匀平面波入射调制为锥形波,消除了粗糙海面突然被截断而引起的边缘效应的影响;重新推导了锥形波入射下的基尔霍夫近似公式,并在满足基尔霍夫近似的条件下,通过对比分析,验证了模型的正确性;采用模型计算分析了不同海面几何参数和海水媒质参数对HPM近海面传输系数的影响。结果表明:粗糙海面的均方根高度对HPM传输系数影响明显,均方根高度越大,传输系数越小,能量分布越均匀;另外随着海水介电常数实部和虚部的增加,传输系数均有所增加,并且实部的影响更明显。     

重频直线变压器长脉冲高功率微波驱动源研究

阐述了长脉冲高功率微波驱动源模块化的实现思想,分析了快直线变压器的铁磁损耗与激磁电流之间的关系,研究了系统输出波形畸变的主要因素,并通过工程实验取得了功率为数GW、重复频率为数十Hz、脉冲前沿约40ns的长脉冲电子束流输出,从而为重复频率长脉冲模块化高功率微波驱动源的研制提供了新思路.     

高功率微波行波阵列纵向宽角扫描特性

利用机械调节波导宽边尺寸可变化波导波长,从而实现变频波束扫描相同的效果,针对窄边辐射波导行波阵的波束扫描特性进行了分析,以实现宽角波束扫描为目标,着重分析了不同辐射缝隙间距下变化宽边所能得到的最大波束扫描范围。设计了通过变化宽边尺寸实现宽角扫描的X波段窄边辐射波导缝隙阵,设计波束扫描范围指向波导馈入端,避开阵列法向辐射(此方向辐射效率较低),实现了29°的连续波束扫描范围,在波束扫描范畴内增益下降小于3 dB,辐射效率大于62%;设计缝隙宽度3 mm, 波导长度约1 m(缝隙数40),单根波导缝隙天线可实现高功率微波功率容量70 MW。     

丛林地貌高功率微波传输散射特性

 采用时域有限差分方法仿真分析了高功率微波在丛林地貌传输的双站散射特性,得到了不同入射角度下的双站散射规律,对比分析了利用数值和解析两种方法得到的丛林散射系数与掠射角关系。理论分析和数值计算结果表明：散射系数曲线存在布儒斯特角,且地貌电参数越大,布儒斯特角越小;掠射角小于布儒斯特角时,散射系数随掠射角的增大而减小;掠射角大于布儒斯特角时,散射系数随掠射角的增大而增大。水平面情况下的不同丛林类型双站散射系数变化趋势一致;对于介电常数相对较大的丛林地貌类型,通过镜面反射方向时域有限差分方法得到的半功率波瓣宽度较宽;同一丛林地貌类型不同均方根高度条件下,均方根高度增大,相干分量变小,非相干分量变大;不同入射角、相同地貌和电参数情况下,散射系数的峰值向对应的镜面反射方向移动。     

FDTD方法分析高功率微波粗糙地面散射特性

采用时域有限差分方法(FDTD)对高功率微波(HPM)近地面传输进行了仿真,其中提出的一种完全匹配层-广义完全匹配层混合吸收边界,较好地抑制了常规FDTD方法在计算低掠射角入射时产生的边缘绕射现象。将理想水平地面数值计算结果与解析法结果对比验证计算模型的正确性,通过数值计算结果分析高功率微波粗糙地面的散射特性。理论分析和仿真结果表明：粗糙地面对散射系数变化影响较明显,从宏观角度上看,散射系数曲线同理想水平地面散射系数曲线相似,即随掠射角的增大散射系数先减小后增大;从微观角度上看,由于粗糙地面的作用,其散射系数曲线并不存在布鲁斯特角,且在某一区域并非单调增加或减小。     

FDTD方法分析高功率微波粗糙地面散射特性

采用时域有限差分方法(FDTD)对高功率微波(HPM)近地面传输进行了仿真,其中提出的一种完全匹配层-广义完全匹配层混合吸收边界,较好地抑制了常规FDTD方法在计算低掠射角入射时产生的边缘绕射现象。将理想水平地面数值计算结果与解析法结果对比验证计算模型的正确性,通过数值计算结果分析高功率微波粗糙地面的散射特性。理论分析和仿真结果表明:粗糙地面对散射系数变化影响较明显,从宏观角度上看,散射系数曲线同理想水平地面散射系数曲线相似,即随掠射角的增大散射系数先减小后增大;从微观角度上看,由于粗糙地面的作用,其散射系数曲线并不存在布鲁斯特角,且在某一区域并非单调增加或减小。     

钢筋网对高功率微波衰减特性的影响

模拟试验研究结合时域有限差分法,开展了不同直径、不同网孔、不同层间距、不同配筋形式的钢筋网模型对L, S, C, X不同波段高功率微波的衰减特性研究。研究结果表明:不同类型钢筋网对高功率微波有一定的屏蔽效能,当钢筋网的网孔略小于半波长时屏蔽效果好,层间距为四分之一波长的奇数倍时屏蔽效果好,错层配筋比平行配筋屏蔽效果好,不同形式的钢筋网在防护结构中可以合理地综合运用,以达到最佳防护效果。     

高功率微波照射下半空间上方天线罩耦合特性

利用两次傅里叶变换得到半空间界面的反射波后,将直接入射波和界面反射波两个时域脉冲源通过等效原理引入到包含目标的时域有限差分(FDTD)的计算域中。计算了高功率微波入射情形下,改变入射面、极化方式时天线罩内部观察点的能流密度的变化,并总结其规律。数值算例表明,对于贴近地面的目标来讲,半空间的反射波会给目标内部带来新的能量冲击。该方法可以用于计算目标内部耦合近场及功率密度。     

高功率微波作用下限幅器尖峰泄漏特性

针对限幅器在高功率微波（HPM）作用下的尖峰泄漏问题,基于搭建的HPM注入实验平台和电路仿真开展了研究。研究结果表明：当注入功率超过6 dBm时,限幅器会出现尖峰泄漏现象,限幅器泄漏尖峰的上升沿与脉宽随着注入功率的增加而减小,而绝对尖峰泄漏功率随注入功率的增加呈增长趋势,平顶泄漏功率呈近似“线性增加-缓慢下降-小幅增长”趋势。并且,实验结果显示：HPM脉宽与重频对限幅器尖峰泄漏特性基本无影响,其泄漏特性变化规律与单次脉冲的基本一致;尖峰泄漏能量随注入功率的增加而降低。     

介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究

建立了一个简单的高功率微波(HPM)介质表面击穿释气模型,并采用PIC(partiele-in-cell)-MCC(Monte Carlo collisions)方法,通过自行编写的介质表面击穿数值模拟程序对不同释气条件下的介质表面HPM击穿过程进行了数值模拟研究,得到了击穿过程中电子数量等的时间图像和不同释气速度下的击穿延迟时间.模拟结果表明,对于具有一定时间宽度的HPM脉冲,当介质表面气体脱附速度较小时,由于介质表面气体层形成太慢而不会发生击穿;只有当脱附速度大于一定值时,击穿才会发生且击穿延迟时间在一定范围内随着脱附速度的增加而缩短.最后,将数值模拟得到的介质表面HPM击穿数据,与单极性表面击穿的实验诊断图像进行了对比,两者的发展趋势符合很好. 关键词： 释气现象 介质表面击穿 高功率微波 数值模拟     

一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0～360相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4 GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2 dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5 dB,相频曲线呈线性关系。     

一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0~360°相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5dB,相频曲线呈线性关系。     

高功率微波单一气体及混合气体击穿特性

综合考虑高功率微波对电子的加速过程以及电子与气体分子的碰撞过程,建立了单一气体与混合气体击穿过程的蒙特卡罗仿真模型,编写了三维蒙特卡罗仿真程序(3D-MCC)。针对单一气体Ar和N2以及混合气体N2/O2展开研究,仿真了气体雪崩击穿电子云形成过程,对比分析了不同气体电子能量分布函数随压强的变化规律。发现了Ar击穿特性受电子能量分布函数影响较大,而N2击穿特性受电子能量分布函数影响较小。通过分析平均电子能量以及电子密度随时间的变化过程,得到了Ar和N2击穿时间,并通过与流体模型计算得到的击穿时间比对分析验证了3D-MCC模型的正确性。在真空腔体内开展了S波段高功率微波大气击穿实验,测量得到了场强为6.38 kV/cm时不同压强下的大气击穿时间。通过在辐射源与真空腔体之间增加聚焦透镜,大大减小了壁效应的影响,并且采用模型仿真得到的大气击穿时间与实验结果吻合较好。     

高功率微波单一气体及混合气体击穿特性

综合考虑高功率微波对电子的加速过程以及电子与气体分子的碰撞过程,建立了单一气体与混合气体击穿过程的蒙特卡罗仿真模型,编写了三维蒙特卡罗仿真程序(3D-MCC)。针对单一气体Ar和N2以及混合气体N2/O2展开研究,仿真了气体雪崩击穿电子云形成过程,对比分析了不同气体电子能量分布函数随压强的变化规律。发现了Ar击穿特性受电子能量分布函数影响较大,而N2击穿特性受电子能量分布函数影响较小。通过分析平均电子能量以及电子密度随时间的变化过程,得到了Ar和N2击穿时间,并通过与流体模型计算得到的击穿时间比对分析验证了3D-MCC模型的正确性。在真空腔体内开展了S波段高功率微波大气击穿实验,测量得到了场强为6.38 kV/cm时不同压强下的大气击穿时间。通过在辐射源与真空腔体之间增加聚焦透镜,大大减小了壁效应的影响,并且采用模型仿真得到的大气击穿时间与实验结果吻合较好。