多芯屏蔽电缆电容的矩量法求解

 介绍了基于电压积分方程的矩量法计算具有圆形截面多导体传输线电容的基本原理,给出了三例屏蔽单芯或多芯电缆电容参数的计算结果,计算结果显示SYVZ-9电缆相邻导线间存在电容耦合,不相邻导线间几乎无电容耦合。     

平板型阶跃式变阻抗线特性

介绍了变阻抗线的工作原理,给出了类Blumlein线结构变阻抗线的倍压特性,变阻抗线能够实现能量的完全传输,输出电压为输入电压的(n+1)/2倍;以平板结构为例研究了变阻抗线中的阻抗偏差问题:传输线实际阻抗较理论设计值偏大,各级的偏差基本在20%以内;通过电磁仿真研究了三级类Blumlein线结构变阻抗线中各级阻抗偏差对于倍压系数的影响,在阻抗偏差范围内,倍压系数随着阻抗的增大而减小,倍压系数在1.9~2.1范围内,给出倍压系数受各级阻抗偏差的影响规律;设计了三级类Blumlein线结构平板传输线进行实验,输出电压为3833 V,与理论设计相符。     

螺旋线型微秒级高压长脉冲发生器

为研究长脉冲强流电子束产生技术,设计了一台螺旋线型高压长脉冲发生器。该发生器主要由Marx发生器、充电电感、脉冲形成线、高压开关、脉冲传输线及平板二极管构成,形成线内导体为螺旋线,工作介质为去离子水,其指标为输出电压500 kV,电流40 kA,脉冲宽度1μs,单脉冲能量20 kJ。简要介绍了该长脉冲发生器的结构、给出了结构和电气参数,讨论了各部分设计应注意的问题。     

Blumlein型脉冲调制器电容等参数的模拟与计算研究

 采用有限元方法,针对水介质Blumlein结构的Spark-03加速器进行了相关参数的计算。给出了准确的2维CAD模型,对各个部分做了介绍,计算出加速器内部电场分布;利用对电场能量积分的方法,当Blumlein传输线的内筒、中筒分别充电时,对传输线各个部分进行能量积分,给出了加速器各个部分电容的数值;将计算结果与理论值、实验结果相比较,证明了此方法可以更准确的计算加速器电容。应用此方法,可以对不同类型的电容储能型加速器进行参数的模拟计算。     

亚纳秒脉冲传输线损耗分析

 脉冲传输线的介质材料选择和参数设计对传输线的损耗具有至关重要的影响,根据分布参数理论和电磁场微波理论,给出环氧玻璃纤维FR-4和聚四氟乙烯F₄B两种材料的损耗计算公式,在微带特性阻抗为50Ω,工作频率为10GHz时,FR-4和F₄B的介质衰减系数分别为0.095 dB/cm和0.0023dB/cm;当微带厚度为18μm,介质材料厚度为0.25mm时,FR-4和F₄B的导体衰减系数分别为0.0499dB/cm和0.0357dB/cm。数值计算和仿真结果表明,F₄B材料传输线的介质损耗和导体损耗相对较低,是一种较好的介质材料,选择合适的介质材料厚度可保证损耗较低且电路体积不至于过大。     

电容损耗对脉冲氙灯放电特性的影响

研究了储能电容自身损耗对氙灯放电特性的影响,对脉冲氙灯放电回路进行了分析与改进。在实际电容自身损耗不为零的情况下,将电容等效为理想电容与损耗阻抗的串联,给出了计算氙灯放电特性的改进公式,并详细计算和分析了电容自身损耗增大情况下的氙灯放电电流和放电功率变化情况,计算结果表明:损耗增大会导致氙灯放电电流、功率峰值下降,闪光时间缩短,显著影响激光泵浦效率;电容损耗增大还会导致LC放电回路出现电容反充电现象,影响氙灯正常工作并缩短灯的寿命。实际的储能电容充放电实验证明,电容损耗增大会导致氙灯闪光的波形峰值下降、闪光时间缩短和电极溅射加剧,验证了理论分析的合理性。另外,实验证明环境因素对储能电容自身损耗的增大具有非常显著的影响。     

基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感的计算

提出了一种基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感计算方法,在层流模型得到的同轴磁绝缘传输线等效电感和等效电容理论公式中引入修正因子,对粒子模拟所得结果进行数值拟合,获得了等效电容和等效电感修正因子依赖于电压的拟合表达式,修正后的等效电容和等效电感理论公式与粒子模拟结果符合较好,所得结果可用于磁绝缘传输线的等效电路建模。     

翼片加载螺旋带慢波结构的损耗特性

 因为金属不可能具有理想的导电性能，慢波系统的损耗总是存在的，因此衰减常数是衡量一个慢波系统优劣的重要参数之一。考虑螺旋带径向厚度，对介质进行分层，取不同的径向相位常数对翼片加载螺旋线慢波结构建立了螺旋带模型，详细推导了衰减常数表达式。计算结果表明，考虑螺旋带径向厚度将提高衰减常数的计算值，螺旋线本身的损耗占整个系统损耗的大部分。     

铁电移相器优值研究

基于双周期性电容加载共面波导传输线的移相器结构,系统研究了温度变化对铁电薄膜移相器移相能力、传输损耗的影响.调整温度可以在一定的范围内实现对移相器性能指标的微调.给出了加载因子对移相能力的示意曲线图,并在实验上,借助氩离子刻蚀技术,改变加载因子的大小,使得移相器的优值从原来的13degree/dB提升到23degree/dB.     

带螺旋支撑杆的同轴磁绝缘传输线三维数值模拟的实现

依据实际器件尺寸, 建立了带螺旋支撑杆的同轴磁绝缘传输线三维数值模拟模型; 选取合适的二极管阴阳极间距作为传输线负载; 设置相应的模拟参数对其进行模拟. 将模拟结果与实验数据进行对比, 证明了模拟的可靠性; 并结合相应的实验数据, 分析了同轴磁绝缘传输线在加入螺旋支撑结构后 对其传输效率的影响.     

一种螺旋型Blumlein线的阻抗特性分析

 提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器,该发生器的螺旋型Blumlein线由内导体（含磁体）、螺旋型中筒和外导体（含磁体）构成,该结构实现了螺旋型Blumlein线和Tesla变压器的一体化。通过对螺旋型Blumlein线的波传输过程分析,给出了慢波系数、开关闭合电流、用于描述形成线闭合开关处界面上波行为的变量因子等参数的计算公式。采用PIC软件对螺旋型Blumlein线的部分波传输过程进行数值模拟,慢波系数等参数的模拟值与计算值基本相符。进行了恒阻抗负载下螺旋型Blumlein线的原理性实验,实验得到的负载波形与编程计算得到的波形基本吻合。     

1.2 MV大功率直流高压电源研制

 采用等边三角形结构的铁芯,次级线圈分成40级,分别进行三相全波整流,每级输出直流30 kV,串联后获得1.2 MV/A的直流高电压大功率输出。电源的能量转换效率大于95%,漏抗高达21.7%。采用无滤波电容结构,次级线圈星型/三角型接法交替使用,纹波系数小于±4%。整个电源密封在压力钢筒中,充0.8 MPa高纯度SF6气体作为绝缘介质,最大工作场强小于130 kV/cm。设计了专门的SF6气体冷却系统,气体温度控制在60 ℃以内,高电压由充气同轴传输线输出。在小负载条件下,电源各项指标满足技术要求,已经安装在1.2 MW,1.2 MeV大功率直流电子加速器上进行整机联调。     

Analytical modeling of loss characteristics of a polymer arrayed waveguide grating multiplexer

Theoretical analysis is performed for the loss characteristics of a polymer arrayed waveguide grating (AWG) multiplexer around the central wavelength of 1.55 μm with the wavelength spacing of 1.6 nm. The total loss of the device includes the diffraction loss in the input and output (I/O) slab waveguides, bent loss caused by the AWG and I/O channels, leakage loss resulted from the high refractive index substrate, and propagation loss due to the absorption and scattering of the materials of the device. The effects of some structural parameters on the loss characteristics are investigated and discussed. The computed results show that when we select the core thickness as 4 μm, core width as 6 μm, pitch of adjacent waveguides as 15.5 μm, diffraction order as 50, the number of the arrayed waveguides as 91, that of the I/O channels as 17, confined layer thickness between the core and the substrate as 10 μm, distance between the focal point and the origin as 5500 μm, and central angle between the central waveguide and the x-axis (i.e. the vertical of the symmetrical line of the device) as 60°, the total loss of the device can be dropped to the range 3.79–7.93 dB.     

全同轴型Marx发生器的研制与场路协同仿真

针对Marx发生器小型化的应用需求和快前沿脉冲下Marx发生器内部存在波过程的实际情况,开展了全同轴结构Marx发生器的研制和场路协同仿真。Marx发生器采用基于环形电容器、环形开关、锥形隔离电感、轴心单边充电的全同轴结构方案,避免结构偏心带来的局部场增强效应。在CST软件中建立了Marx发生器实际结构模型,利用时变材料和场路协同仿真功能实现了充放电过程的动态仿真,仿真结果显示出快前沿脉冲下Marx发生器内部存在波过程。据此可以对绝缘设计进行优化,并分析结构参数对输出脉冲的影响。研制的5级Marx发生器体积小于0.015 m3,可在10 μs内充电至88 kV,对40 Ω传输线输出峰值电压210 kV的高压脉冲,峰值功率约1.1 GW,脉冲前沿5.3 ns,半高宽11.2 ns。     

二极管负载电缆X射线辐照瞬态响应数值模拟

将时域传输线模型与漂移-扩散模型相结合,提出一种耦合数值计算方法,研究计算了带二极管负载的电缆在X射线辐照下的瞬态响应。该耦合数值计算方法首先利用时域传输线模型计算电缆在X射线辐照下的各节点电参数,然后将得到的终端节点的电压代入漂移-扩散模型中求解二极管的内部参数与偏置电流,最后将得到的偏置电流代入到下一时间步的传输线模型中继续进行计算。该方法能够直接反映出电缆在X射线辐照下的瞬态响应与所连接的负载状态改变之间的耦合关系,利用该方法求解X射线辐照简单电子系统的典型算例,计算结果表明,X射线辐照下,同轴电缆上各处的响应电流会随着PIN二极管状态的改变而发生明显变化,与理论分析相符合,耦合模型适用于此类问题。     

一种非均匀的双路脉冲产生结构

提出了一种非均匀的双路脉冲发生器,采用非对称的高/低阻双路输出,结构上类似于同轴Blumlein线,其形成线包含内筒、中筒和外筒三个同轴圆筒,形成线与Tesla变压器一体化。为获得一致的终端输出阻抗,低阻输出端采用同轴线一分多结构,以匹配高阻输出端阻抗,高阻输出端的输出幅值相对较高,低阻一分多输出端形成低幅值的多路均匀脉冲输出。此外还给出了一组产生超宽谱非均匀脉冲串的设计实例,多路输出脉冲经延迟传输可形成首脉冲幅值较高、后续脉冲幅值均匀的组合脉冲。     

基于Tesla变压器和螺旋线的长脉冲发生器

 提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器，该发生器的螺旋型形成线包含有磁性材料构成的内导体棒和外屏蔽。形成线通过内置的高耦合Tesla变压器充电，变压器的初级线圈紧靠外磁芯导体，次级线圈位于螺旋中筒和外筒之间。对这种结构的螺旋线进行了特征参数的理论计算和波传输数值模拟，并进行了简单的原理验证实验。实验结果表明：这种设计是合理的、可行的。     

基于TPG2000的三路输出线理论设计与仿真

基于单台脉冲功率源产生多路电子束驱动多路微波器件的构想,提出了一种三路螺旋线输出方案,三路脉冲是由同一主脉冲产生,具有时间同步精度高的特点。以Tesla型脉冲功率源TPG2000为基础,经过理论计算,给出了三路输出线理论设计结果,对脉冲传输过程进行了建模仿真和结构优化,得到了三路参数相同的脉冲,其中两路脉冲比另一路延迟20 ns。     

A concise design of 16 × 16 polymer AWG with low insertion loss and crosstalk

In this paper, a 16-channel arrayed waveguide grating multiplexer (AWG) has been designed using polymer materials with 1.5% refractive index difference. Certain important parameters are optimized using the coupling mode theory and Beam Propagation Method. The factors that affect the insertion loss and the crosstalk are analyzed in this paper. In our design we introduced the parabolic taper structure and evaluated the suitable number of the arrayed waveguide, obtaining a total insertion loss of 2.19 dB. For obtaining a low crosstalk we evaluate the pitches of adjacent input/output waveguides ΔX and arrayed waveguides d as different values. We chose the value of ΔX about 2.5 times of d by enlarging the pitches of adjacent input/output waveguides. The crosstalk of the designed AWG is lower than −40 dB.