高压氮气亚纳秒开关放电特性实验研究

 利用幅值约220 kV、脉宽约4 ns的高压纳秒脉冲源，对高压氮气亚纳秒气体开关放电特性进行了实验研究。实验结果表明：当气压在3~10 MPa间变化，间隔距离在0.6~1.2 mm间变化时，氮气间隙击穿电压随气压和间隙距离的增大而增大，并随气压的增大略呈饱和趋势,最高击穿电场约为2 MV/cm。开关输出电压波形的上升时间变化范围为145~190 ps，该上升时间随气压、击穿电场以及间隙距离增大而减小。     

固体有机薄膜开关短时延低抖动触发特性

 实验研究了快脉冲触发固体有机薄膜开关的欠压比、触发脉冲幅值、极性效应和间隙距离对触发特性的影响。固体有机薄膜开关具有较快的脉冲前沿，但其触发性能因条件不同而差异很大。对于自击穿电压为10kV的18μm薄膜，在工作电压9kV，触发脉冲上升沿为1ns,脉冲40ns,幅值9kV条件下，测得开关时延为1.1ns， 时延抖动为0.2ns。     

基于渐进圆锥天线的ns前沿电磁脉冲电场传感器

为了对ns级上升沿的电磁脉冲电场进行测量,研制了一种基于D-dot渐进圆锥天线的电场传感器。设计采用单极子渐进圆锥天线作为电场传感器的接收天线,并通过建模仿真验证了该天线的性能;通过电光转换模块将天线感应的电信号转换为光强度信号并通过光纤传输;利用软件积分对传感器测得的电场微分信号进行处理;通过测试试验验证了传感器的性能。研究表明,所研制的电场传感器能够测量上升沿大于1.5ns的脉冲电场,具有体积小、线性度高的优点。     

多路高电压纳秒矩形波脉冲发生器的研制

为满足脉冲功率实验中对多路高电压纳秒矩形波激励的需求,研制了一台21路高电压纳秒矩形波发生器。此发生器由一个单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器和一个21路分路器组成。其中单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器可输出幅值约1.07kV、半高宽约10ns、上升沿约1.45ns的矩形波脉冲。利用21路分路器可将该矩形波脉冲分为21路矩形波脉冲,测得每路脉冲幅值可达51V,半高宽约为10ns,上升沿约为2.25ns。     

基于TEM喇叭的辐射波模拟器天线的近场特性

 给出一种新型核电磁脉冲辐射波模拟器天线，并用时域有限差分方法分析和优化天线的结构。天线的激励源是由同轴线馈入的强电压脉冲。优化了平行板传输线和TEM喇叭的尺寸，并对天线的近场进行分析，给出了天线尺寸对近场特性的影响。数值模拟结果表明，在距离天线口径100m处的电场强度可达20kV/m。     

加脊TEM喇叭初步研究

针对恒阻抗TEM喇叭的上下面板电流分布不对称,采用小反射理论和阻抗渐变思想并通过设计脊结构对恒阻抗TEM喇叭进行了改进,研制了加脊TEM喇叭。仿真及实验研究结果表明:对于脉冲宽度约为1 ns的高斯脉冲,通过加脊在一定程度上改善了恒阻抗TEM喇叭上下面板电流分布的不对称性和E面辐射电场的不对称性;相对于相同口径的恒阻抗TEM喇叭,加脊TEM喇叭作为辐射天线和反射面脉冲天线馈源时系统的主轴远场辐射因子均有提高。     

基于原始波形测量的脉冲电场探测器

介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理,设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统,分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块,利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明:测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns,系统输出脉冲平顶在10.0μs内下降不超过5%,测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系,该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度,满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。     

辐射波电磁脉冲模拟器笼形天线辐射特性的并行计算

 考虑到辐射波电磁脉冲模拟器笼形天线尺寸过大、在单个微机上计算其辐射特性的时间过长及内存受限制,使用基于消息传递接口（MPI）平台的用于同轴线馈电的时域有限差分并行算法,并结合天线理论模拟分析了同轴线馈电的辐射波电磁脉冲模拟器双锥笼形天线在双指数脉冲电压激励下的脉冲辐射特性。并行时域有限差分计算时,整个时域有限差分计算区域的网格总数约为20亿。由计算结果分析可知：当锥半径大于3.5 m后,笼形天线的半径大小对电场的上升沿和峰值的影响不大;对地面上方0.5 m处的几个测试时,其上升沿、半高宽及脉冲峰值受地面反射及地面损耗的影响比较大,而对于地面上方6 m处的几个测试点,除半高宽外,几个测试点的辐射场脉冲峰值及上升沿受地面影响较小;离地面越近的点,峰值减小得越快。     

基于半导体开关和LTD技术的高重频快沿高压脉冲源

采用快开通功率MOSFET,通过优化驱动电路、磁芯参数以及耦合结构,设计了基于半导体开关和直线变压器驱动源（LTD）技术的高重频快沿高压脉冲源。该脉冲源由四级LTD串联而成,可实现单次脉冲和最高频率2 MHz脉冲串输出。脉冲最高幅值约2.3 kV,上升沿约7 ns,脉宽约90 ns,下降沿约20 ns,输出电压效率约95%。该脉冲源结构紧凑,输出脉冲稳定,实现了模块化设计,可作为重频电磁脉冲模拟源使用。     

快脉冲下有机玻璃击穿特性实验

基于CKP1000脉冲源建立了实验平台,实验获得了单次脉冲、不同脉宽、均匀电场下有机玻璃的击穿场强和击穿时延,对有机玻璃的击穿过程进行了分析。实验脉冲的幅值约为230 kV,前沿760~960 ps,脉宽2.3~4.0 ns（FWHM）,试样的平均厚度为1.1 mm。实验结果表明,随着脉冲宽度从2.3 ns增加至4.0 ns,有机玻璃的平均击穿场强从301 kV/mm降至276 kV/mm,平均击穿时延则基本保持不变,其中前沿760 ps,脉宽约2.3 ns时对应击穿时延的分散性增大。     

纳秒电磁脉冲测量用D-dot探头设计及实验

为测量高空核爆炸电磁脉冲(HEMP)模拟器中脉冲电场波形(峰值电场大于50kV/m、上升时间小于2.3ns),设计了一种新型圆锥形D-dot探测器。介绍了D-dot探头的工作原理,分析了探头与传输电缆的阻抗匹配条件,确定了探头的结构、尺寸等参数。D-dot探头测量脉冲电场的一阶微分信号,通过积分器积分和数字积分两种积分方式获得脉冲电场信号。测量电磁脉冲实验结果表明,积分器积分和数字积分两种积分方式都能恢复脉冲电场波形,其中数字积分效果更好;与有源光纤电场测量系统实验测量结果相比,该Ddot探测器更适合测量纳秒级快前沿的电磁脉冲波形,满足测量快前沿HEMP信号的设计要求。     

大动态高精度有界波电磁脉冲模拟器设计

介绍了一种精细化、连续可调的中型有界波电磁脉冲模拟器,该模拟器配置了前沿快、结构紧凑、脉冲电压调节范围宽、自动化程度高的新型高压脉冲源,实现了全系统的计算机光纤控制,解决了控制系统抗干扰问题,提升了源的模拟能力和设备的应用范围。模拟器的具体指标为:脉冲前沿约2.5 ns,半高宽约23 ns,工作空间4 m×4 m×5.8 m,输出电场强度在0.2~60 kV/m范围内连续可调。     

基于PFN-Marx技术的200 keV脉冲X射线源设计与实验

基于PFN-Marx技术路线研制了200 kV脉冲驱动源,采用了超前触发技术,实现了在40 Ω水电阻负载上输出电压约200 kV、前沿约25 ns、脉冲宽度约62 ns的脉冲高压。设计了工作电压为200 kV的“Washer-Needle”型二极管,在二极管电压210 kV、电流5 kA条件下,输出X射线脉冲宽度约40 ns,X射线焦斑直径1.2 mm,1 m处照射剂量约15 mR。     

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。     

Investigation of plasmonics resonance infrared bowtie metal antenna

An approximate resonance wavelength equation that varies with metal antenna structure size is developed to design a bowtie gold metal antenna working at near-infrared (IR) wavelength. Bowtie antenna structures with resonance wavelength of 1.06 μm, 1.55 μm and 10.6 μm are designed based on this equation. A finite-difference time domain (FDTD) algorithm with total field scattered field (TFSF) source simulation shows the resonance wavelength of the designed structures being precisely in agreement with the expected wavelengths from the equation. Planar integration of the metal bowtie antennas is discussed as well. Gold nanohole bowtie antenna arrays are fabricated and the near-field optical transmission properties of the nanohole array are investigated with a near-field scanning optical microscope (NSOM). Our experimental results verify the near-field optical transmission performance and further demonstrate that they are in agreement with the theoretical calculation results. The high enhancement efficiency and integration of the metal bowtie antennas open the possibility of a wide application in IR optoelectronics detection and imaging.     

时域有限差分法在超高速通信系统中带隙型光子晶体光纤瞬态三维截面上特性研究

利用时域有限差分法针对满足带耦合腔PCFS条件的Maxwell方程组进行电磁场三维矢量变换,来建立关于入射光在光子晶体光纤传播物理数值模型。通过数值仿真表明:在波导色散作用下,当空气间隙增大,其TE波在直角坐标系中三维矢量数值大小与网格步长递增呈正比变化,且瞬态截面分裂速度减缓且数目递减、体积变大;反之,当空气孔间隙减小,其TM波三维矢量随着传输网格步长递增,瞬态截面分裂呈细丝状且数目递增、体积变小。同时,随着角频率w0增大,磁场x,y方向中心强度随时间网格呈对称式变化且峰值强度逐渐递增;同时在L+Nd=150(N=0,1,2;l0)处存在拐点;在电场z方向,振幅抖动愈加频繁且峰值连续上涨,相位峰值逐渐递减且脉宽呈压缩变化。     

激光在准球形边界卷云中传输的衰减和透过特性

高空卷云主要由各种不同形状的冰晶粒子组成,是地空链路上激光信号传输的重要影响因素。依据高空卷云中冰晶粒子的分布特征和散射特性,采用C版本的离散纵标法（CDISORT）,充分考虑地球球形曲率及云层冰晶粒子多次散射影响因素,研究准球形边界云层的激光透过率和衰减特性,并比较了太阳天顶角不同时平面平行模式和准球面模式下卷云大气激光透过率的差异,数值计算了三种激光波长（0.65,1.06和3.8 μm）在卷云中传输时的衰减和透过特性。计算结果表明：较小太阳天顶角（小于80°）入射时,两种模式下卷云大气激光透过率相对误差很小,其中0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差仅为1.72%,较大太阳天顶角（大于80°）入射时,两种模式下卷云大气激光透过率相对误差明显增大,0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差最大达到69%;卷云粒子单次散射时,激光在云层的衰减与卷云粒子有效半径、传输距离、光学厚度及激光波长等因素有关,随光学厚度的增加,云层的激光透过率减少,1.06 μm激光波长入射时透过率最大,3.8 μm激光波长入射时透过率最小;0.65和1.06 μm激光波长入射时,随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐增加,而3.8 μm波长激光,随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐减少,随相对方位角的增加,云层的激光透过率减少,且不同卷云传输模型对激光透过率也存在不同的影响。该研究工作将为开展地空链路星载、机载激光通信、激光雷达探测等工程系统中的激光信号云层传输特性的应用提供理论支持,同时也可进一步拓展为地空链路激光遥感、制导和预警等应用提供预先理论研究基础。     

Long-range sound propagation in the region of the subarctic front

The data of two experiments performed in the northwestern Pacific are presented. The propagation path crosses the northern boundary of the subarctic frontal zone. The influence of the frontal zone on the time structure and intensity of the sound field is studied. This influence most clearly manifests itself in the range dependence of the level of the normalized sound field at frequencies of 63–800 Hz. In the region of crossing the boundary of the frontal zone, a change of 1.5–2 dB in the sound field level is observed with localization in distance. In this region, a pronounced increase in the frequency-independent component of the exponential attenuation is also observed (by 0.015 dB/km for explosion-generated signals received at a depth of 600 m). At depths of 150–800 m, a zone of weak variations of the propagation loss is present in the vertical structure of the sound field at the 100-km part of the path in the region of crossing the front. In the experiment with explosion-generated signals, phenomena that are unrelated to the frontal zone are observed as well, namely, the appearance of reverberation forerunners (prereverberation) on separate parts of the path and the presence of bottom-reflected signals on one of the path fractions with a local bottom rise.     

适用于隧道环境的二元相控阵天线系统

为了满足在隧道环境中实现高速率、高质量无线通信的迫切需求,研究了适用于隧道环境的高增益天线,提出了利用二元相控阵天线系统提高隧道内信号传输质量的新方法。相控阵天线系统由两个高增益天线单元及一个移相器组成,通过移相器调整其中一个天线单元的相位,使隧道内合成电场的最小值幅值达到最大,提升信号的平均场强。仿真结果表明:与单个天线发射信号相比,在3000 m隧道轴向传播范围内,相控阵天线系统发射信号合成电场的最低电平最少提升了19.6 dB;与两个天线同时发射信号相比,最低电平最少提升了12.4 dB,取得较好分集优化效果,消除多径效应导致的深度衰落,解决了隧道环境中存在的通信问题。