电磁脉冲效应试验

本文介绍了多种电子学系统的超宽带电磁脉冲效应实验研究，并对实验结果进行了分析。为了在更接近真实工作环境下反映目标的超宽带辐射场效应现象，实验进行了电磁脉冲辐射场实验室效应实验和室外效应试验的比较。     

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。     

可调间隙亚纳秒气体开关的研制

 设计了一种高工作电压、高重复频率的亚纳秒气体开关,该开关由Peaking间隙和Chopping间隙组成,可以将纳秒信号转化为亚纳秒脉冲。开关腔外有两组调节旋钮,分别用来调节Peaking间隙和Chopping间隙,使输入脉冲的前后沿能同时得到锐化。对设计的开关进行的实验研究结果表明：在系统重频5 Hz运行时,开关能稳定输出电压278 kV、脉宽620 ps的脉冲;在系统重频100 Hz运行时,开关能稳定输出电压270 kV、脉宽700 ps的脉冲。     

非线性传输线数值模拟方法

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为。根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30kV时获得了频率303MHz、峰峰值不小于40kV的高压射频脉冲输出。     

重复运行短脉冲S波段相对论速调管放大器

介绍了利用HVG-1二极管产生的强流短脉冲电子束源, 开展短脉冲重复频率为100Hz的S波段相对论速调管放大器(RKA)实验研究. 利用无箔空心石墨阴极和0.82T的恒流源引导磁场, 引出了电压约700kV、电流约6.5kA、脉宽(半高宽)25ns的环形电子束. 该电子束经过输入腔和中间腔的调制后, 得到了5kA/22ns的 基波调制电流. 经过输出腔后, 得到了大于1GW/20ns的辐射微波, 频率2.95GHz, 平均功率2.4kW, 效率约24%, 增益34dB. 没有观察到限制该GW级功率水平的S波段RKA的因素.     

高压陶瓷电容器持续充放电条件下的寿命研究

为了提高脉冲功率装置的使用寿命,研究了SrTiO3 基高压陶瓷电容器在有10Ω 负载和无负载两种条件下持续充 放电过程中的使用寿命。详细分析了电容器使用寿命随着充电电压的增加而减小的原因,充电电压的增加会导致电容器 充放电过程中陶瓷介质所受的电致应力和温度增加,从而加快了放电通道的发展和漏电流的增加,导致了电容器寿命的 缩短。详细分析了放电回路负载的存在使电容器寿命增加的原因。放电回路负载的存在使得电容器温度增加变慢,从而 减慢了电容器充放电过程中击穿的发展速度。在无负载持续充放电的条件下,要使电容器的充放电寿命增加到105 次, 充电电压需要减小到~70%额定电压;在有10Ω 负载持续充放电的条件下,要使电容器的充放电寿命增加到105 次,充电 电压需要减小到~80%额定电压。     

瞬时超宽谱多脉冲产生技术研究

通过对国内外瞬时多脉冲产生技术的调研,结合超宽谱脉冲的特点,开展了三种瞬时超宽谱多脉冲产生技术研 究。脉冲分割方式由于需要多个开关,而每个开关都存在一定的导通电感和导通电阻,会导致被分割的脉冲前沿变缓, 同时幅度变小;形成线串联方式虽然存在开关电容、隔离电感等的影响,但通过优化获得了较稳定的双脉冲输出;多脉 冲合成方式利用磁性材料的特殊性能来传输和隔离脉冲,但现有的一些磁性材料的响应速度不够,即在ns 脉冲下,磁芯 的工作点来不及变化,并未起到磁隔离的作用。     

L波段相对论磁控管长时间稳定运行实验研究

以实现GW级高功率微波源长时间稳定运行为目标,利用应用电子学研究所小型化Marx型脉冲功率源平台开展了L波段六腔衍射输出相对论磁控管长时间稳定运行实验研究。首先介绍了L波段六腔衍射输出相对论磁控管基本结构及长时间稳定运行实验装置基本情况,接着给出了测试系统布局及各参数测试方法,最后给出了实验研究结果：所研制的L波段衍射输出相对论磁控管在输出功率大于1 GW、重复频率10 Hz的条件下实现了超过55 min的长时间稳定运行,输出微波模式稳定,无竞争模式出现,中心频率为1.57 GHz。     

高功率超宽带脉冲辐射实验装置研制

 研制了高功率超宽带脉冲辐射实验装置。该装置主要由脉冲充电电源、超宽带脉冲产生装置、超宽带脉冲发射天线三部分组成。达到的主要指标为：脉冲电源输出电压600 kV、重复频率100 Hz；脉冲压缩输出峰值功率约10 GW、脉宽1.2 ns；在辐射天线轴上220 m处，辐射峰值电场16.1 kV/m、等效辐射功率0.42×10¹² W；辐射场E面方向图半功率宽度为8°，H面方向图半功率宽度为9°。     

光学探测系统电磁屏蔽设计与应用

光学探测系统在高功率微波系统运行造成的强辐射、强电磁干扰环境下工作,HPM产生的强电磁脉冲会通过后门耦合的方式由探测器前端光学镜头进入内部的电路系统造成光学探测系统瞬间黑屏、图像抖动、器件毁坏等现象,通过采用光学玻璃金属丝夹层的方法研制光窗,在2.4 GHz±100 MHz频段内电磁屏蔽性能达到了65 dB,同时满足探测目标的光窗透过率的要求。经过应用后表明:加载了这种电磁屏蔽光窗的光学探测系统在HPM工作时图像稳定,未受到干扰。