自然闪电条件下敷地线缆耦合试验

研制了一套能够同时测量线缆皮线和芯线感应电流的试验系统,研究自然闪电条件下敷地线缆的耦合问题。结果表明:不同位置处的线缆皮线感应电流波形基本一致,但幅值存在一定差异,说明感应电流空间分布不均匀; 所测线缆芯线和皮线感应电流的时域波形和频谱比较相似,能量集中在1 kHz~1 MHz之间; 正负地闪芯线感应电压波形均为单一脉冲型,波形持续时间10~49 μs; 正地闪线缆感应电压的幅值范围及幅值平均值都大于负地闪相应结果,说明正地闪产生的线缆耦合作用大于负地闪; 不同雷电过程的线缆感应电压幅值与磁感应强度有较小的相关性,而同一雷电过程则基本成线性关系; 正地闪线缆感应电压波形持续时间、半峰值宽度、10%~90%上升时间的范围及均值都比负地闪的要大。     

多腔体复杂系统电磁脉冲耦合统计特性

以双腔体级联系统为实验对象,测量了系统的输出端感应电压,对实验结果进行统计分析,并与随机拓扑模型计算结果进行对比,两者基本吻合,验证了随机拓扑模型的适用性;利用该模型计算分析了不同脉冲参数及不同拓扑结构条件下多混沌腔体复杂系统的电磁耦合统计特性。研究表明,脉冲宽度和脉冲个数与概率峰值处的感应电压均存在一定的谐振特性,且脉冲频率越低,脉冲的耦合效率越高,采用串型的拓扑结构更加有利于系统的防护和加固。     

基于电磁感应的脉冲功率发生器试验研究

为了验证基于电磁感应原理的脉冲发生器的可行性,设计了一种小型脉冲发生器试验模型。对发生器的初始磁场与磁芯转变过程进行了分析与计算,建立了发生器的等效电路模型,并结合试验测量的负载电阻电压得出发生器的感应电压。设计的发生器整体直径约70mm,长度约85mm,其中磁芯直径为25mm,长度为25mm,提供初始磁场的永磁体厚度为10mm,试验得出发生器感应电压峰值为784.5V,与理论计算结果基本吻合,验证了发生器的可行性。     

X波段长脉冲高功率微波产生的实验研究

 获得长脉冲高功率微波（HPM）输出是HPM源技术追求的重要目标之一。从物理机理上分析了影响慢波结构HPM器件实现长脉冲HPM输出的因素,并利用长脉冲脉冲功率源和过模慢波结构HPM器件,开展了X波段长脉冲HPM产生实验。实验中,采用介质-铜阴极,并在慢波结构表面镀Cr,在导引磁场约0.7 T、二极管电压约400 kV、电流约10 kA、束流脉宽200 ns的条件下,获得了功率500 MW、脉宽约100 ns、主模为TM₀₁的X波段长脉冲HPM输出。对实验结果的分析表明,脉冲功率源与HPM器件的阻抗不匹配,是导致HPM器件输出微波脉宽比电子束脉宽短、以及HPM器件输出微波功率效率较低的主要原因。     

同轴电缆连续波电磁辐照的终端负载响应

为了揭示设备互连电缆在连续波电磁辐照条件下的耦合响应规律,以典型射频同轴电缆为受试对象,将电缆终端连接的设备（系统）等效为负载,通过对其进行连续波电磁辐照效应试验研究,分析了受试电缆长度、终端负载状态等对同轴电缆终端负载响应规律的影响。结果表明:同轴电缆对电磁辐照响应具有选频特性,终端负载响应电压的峰值出现在电缆相对长度为1/2整数倍的频点;同轴电缆受到连续波电磁辐照后,感应皮电流通过转移阻抗转化为芯线与屏蔽层之间的差模感应电压,而这一感应电压源的内阻就是同轴电缆的特性阻抗;同轴电缆终端负载阻值的变化不会对其连续波辐照响应曲线的变化规律产生影响,终端负载与等效感应电压源内阻上的电压响应满足分压原理; 同轴电缆皮电流处于谐振状态时,两波节之间的分布感应电压同向,可等效为一个感应电压源,对同轴电缆终端负载响应起直接作用的电压源是最靠近终端负载的等效感应电压源。     

架空线缆电磁脉冲响应的统计特性

为考察电磁脉冲在系统端口产生的电磁应力,采用场线耦合模型,计算了电磁脉冲环境、架空线缆结构和大地等参数对线缆负载响应的影响。结果表明:入射角、方位角、极化角和入射脉冲峰值是影响负载响应电流的主要因素。由于入射脉冲峰值与负载响应电流呈严格的正比例关系,可不作为随机变量考虑。最后以电磁脉冲的入射角、方位角和极化角为随机变量,分别计算180种状态的线缆终端负载的响应电流峰值,电流峰值的统计结果符合正态分布。     

利用速调管放大器产生高功率微波拍波实验研究

在高功率微波（HPM）拍波效应实验中，采用了一种利用单只速调管放大器获取HPM拍波的方法.实验结果为：输出HPM拍波主频率位于S波段，拍频范围10—120MHz可调，拍波脉冲峰值功率可达1MW，脉冲重复频率最高可达500Hz，实验获取的拍波已成功应用到各类电子系统的HPM拍波易损性效应实验中. 关键词： 拍波 高功率微波（HPM）     

高功率微波作用下金属氧化物半导体场效应管响应

采用基于半导体漂移扩散模型的数值模拟软件对高功率微波(HPM)作用下金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的响应进行了数值模拟研究。对MOSFET在HPM作用下的输出特性以及器件内部响应进行了数值模拟。计算结果表明,在MOSFET栅极加载HPM后,随着注入HPM幅值的增大,会使得器件的正向电压小于开启电压,从而使得输出电流的波形发生形变。在器件内部,导电沟道靠近源极一端的电场强度最大,热量产生集中在这一区域。在脉冲正半周期时,温度峰值位于沟道源极一端,负半周期时,器件内部几乎没有电流,器件内的温度峰值在热扩散效应的影响下趋向于导电沟道中部。     

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。     

对称半导体光放大器马赫—曾德尔干涉仪解复用器的开关特性分析

分析以以半导体光放大器（SOA）为基础的对称马赫－曾德尔干涉仪（MZI）解复用器在控制脉冲和信号脉冲反向传播（CPMZ）与同向传播（TPMZ）两种工作模式下的开关特性。研究表明：控制脉冲宽度、半导体光放大器的长度和非线性增益压缩影响着控制脉冲和信号脉冲反向传播开关窗口的大小，是限制控制脉冲和信号脉冲反向传播高速工作的主要因素。当控制脉冲宽度小于半导体光放大器的渡越时间时，如时延量小于于两位的半导体光放大器渡越时间，控制脉冲和信号脉冲以向传播的峰值开关比开始恶化；当控制脉冲宽度超过半导体光放大器的渡越时间时，即使时延量大于两倍的半导体光放大器滤越时间，峰值开关比也出现恶化。因此当控制脉冲和信号脉冲反向传播高速工作时，控制脉冲应尽可能窄，且时延量必须大于两倍的半导体光放大器渡越时间以确保有较高的峰值开关比，而半导体光放大器长度效应对控制脉冲和信号脉冲同向传播的影响甚微。     

辐照和电流注入下电缆耦合响应的计算

 采用传输线模型,利用时域有限差分方法计算了辐照和电流注入两种试验环境中电缆屏蔽层电流对芯线的耦合响应,并对响应规律进行了研究。计算结果表明：电流注入时近端负载电压峰值最小,辐照时次之,电流注入时远端最大;负载电压峰值、负载能量与屏蔽层电流源幅度等比例变化;相比较前沿的变化而言,改变屏蔽层电流源前沿对负载电压峰值和负载能量的影响不大;屏蔽层电流源半高宽较小时,负载电压峰值、负载能量与半高宽是非线性关系,屏蔽层电流源半高宽较大时,负载电压峰值、负载能量与半高宽成线性关系;电缆较短时,改变电缆长度对负载电压峰值有影响,而电缆较长时,只会影响电缆负载能量。     

高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流的数值模拟

 用传输线法对高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流进行了数值模拟，得到了电缆皮电流随入射场波形、电缆长度、电缆屏蔽层两端接地状态的变化规律，部分计算结果与时域有限差分法计算结果及实验结果进行了比较，它们间有较好的一致性。     

CSNS引出冲击磁铁脉冲电源设计

从脉冲电源参数计算, 电源整体设计, 脉冲形成网络(PFN)设计和优化等方面介绍了中国散裂中子源快循环同步加速器引出Kicker磁铁脉冲电源的初步设计情况, 提出一种新型的低阻抗PFN设计方法, 给出了脉冲电源和PFN的参数, 利用PSPICE程序仿真了充电电压为36.5kV情况下磁铁的励磁脉冲电流波形, 励磁电流脉冲幅值达到5.8kA. 结合仿真结果, 分析了不同PFN节数和传输电缆长度对磁铁电流波形的影响.     

不同电磁脉冲作用下地面有限长电缆外导体感应电流的数值计算

 运用时域有限差分法计算了地面有限长电缆在高功率微波、超宽带和核电磁脉冲作用下的外导体感应电流。计算结果表明：场强相同情况下，核电磁脉冲在电缆上感应的电流最大，持续时间最长，高功率微波和超宽带在几m长和几十m长的电缆上感应的电流相差不大；入射角对电缆感应电流也有影响，电场方向与电缆平行时感应最强；地面电缆的感应电流振荡频率比自由空间中电缆的感应电流振荡频率低；随着大地电导率的增大，感应电流反射波衰减加快；电缆任一端接地后，接地端电缆感应电流都会增大。     

地面铺设缆线的高空电磁脉冲响应研究

 利用时域多分辨分析方法,对地面铺设缆线屏蔽层感生电流的规律进行了研究。给出了屏蔽层感生电流与缆线距离地面的高度、缆线的长度、电磁脉冲的入射方向等的关系。结果表明：屏蔽层电流幅度随着缆线距离地面高度增高而增加;屏蔽层电流幅度、前沿、半高宽随着缆线长度增加而增加,直到分别达到各自的最大值;电磁脉冲正入射时,屏蔽层电流幅度沿缆线分布呈现中间大、两边小的规律;电磁脉冲斜入射时,屏蔽层电流相对电磁脉冲正入射时,幅度更高、前沿更快、半高宽更窄,幅度沿缆线的分布情况为从一端到另一端逐渐增大。     

脉冲形成线中筒与外筒间电感对二极管电压的影响

 从理论上分析了脉冲形成线中筒与外筒之间的连接电感对二极管输出电压的影响,使用Pspice软件对理论计算结果进行模拟验证,并利用水介质螺旋脉冲形成线型电子束加速器进行了实验研究。理论分析、软件模拟和实验结果均表明:中筒与外筒之间过大的电感可使输出电压脉冲的平顶变短,上升沿时间延长,波形峰值降低。当连接电感小于200 nH时,可在加速器场发射真空二极管上输出接近方波的电压脉冲。     

MA量级小型螺线管爆磁压缩发生器

通过等效电路方法计算了MA量级小型螺线管爆磁压缩发生器(HEMCG)各参数,得到发生器的损耗主要来自非欧姆损耗。设计的HEMCG整体外径约140 mm,长度小于550 mm,初始电感128.7μH。实验表明,在初始电流3.6 kA条件下,在100 nH负载上输出前沿75.2μs、峰值1.87 MA的电流脉冲,电流放大约519.4倍,能量放大约209.5倍,炸药化学能到电磁能的转换效率为6%。两发HEMCG分别经原边电感约440 nH、副边电感约4μH、耦合系数约0.85的电缆变压器调制,在4μH负载上得到了上升时间约80μs、峰值72 kA的脉冲电流,变压器能量传输效率约为26.8%。     

40 kV/6 kA引出Kicker磁铁脉冲电源设计

 从脉冲电源参数计算、电源整体设计、脉冲形成网络（PFN）设计和优化等方面介绍了中国散裂中子源快循环同步加速器引出Kicker磁铁脉冲电源的初步设计情况,提出一种新型的低阻抗PFN设计方法,给出了脉冲电源和PFN的参数,利用PSPICE程序仿真了充电电压为36.5 kV时磁铁的励磁脉冲电流波形,励磁电流脉冲幅值达到5.8 kA。仿真结果表明：PFN的单元电容电感相同时,采用较多的PFN节数,励磁电流脉冲宽度会变宽,电流脉冲前沿和平顶度没有显著变化;采用合适长度的电缆,可以有效避免反射电流对主脉冲电流波形产生影响。