冷阴极高阻抗相对论速调管放大器的模拟研究

采用粒子模拟软件,建立了冷阴极发射实心束的高阻抗相对论速调管放大器模型。该模型由1个带屏蔽环的二极管,5个简单药盒型谐振腔和1个锥形收集极构成。为了给具有高效率的高阻抗相对论速调管提供实心束,同时实现设备的简单化和紧凑化,采用冷阴极取代传统的热电子枪,不仅易操作而且大大降低能耗和经费。在传统二极管阴极侧面引入屏蔽环,利用屏蔽极大地提高电子束阻抗,同时屏蔽环的位置和形状能明显降低非发射区的场强,并且有效改善阴极端面发射的均匀性。在束波互作用区,通过依次调节末前腔和输出腔的位置并结合导引磁场的大小对输出的微波进行优化,结果表明:在二极管发射电压525k V、电流328A的实心束及外加磁场0.35T的条件下,当注入功率为1k W时,在11.424GHz的中心频率处获得了功率81MW,效率47%,增益49d B的微波。     

轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管的粒子模拟研究

研究了一种轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管,该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过4腔轴向输出的结构设计使得谐振腔结构与矩形输出波导之间形成了较好的过渡,实现了矩形TE10模式的微波输出。与衍射输出相对论磁控管相比,这种结构设计,不仅能减小磁控管的轴向和径向的尺寸,使得系统更加紧凑化,而且能在输出波导中获得更加纯净的低阶微波模式。利用粒子模拟软件,初步分析和优化了器件的工作性能。模拟结果表明：当电压为500 kV,磁场为0.5 T时,该器件的工作频率为2.58 GHz,输出功率为1.0 GW,功率转换效率达到25.0 %。     

轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管的粒子模拟

研究了一种轴向输出TE10模式的紧凑型相对论磁控管,该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过4腔轴向输出的结构设计使得谐振腔结构与矩形输出波导之间形成了较好的过渡,实现了矩形TE10模式的微波输出。与衍射输出相对论磁控管相比,这种结构设计不仅能减小磁控管的轴向和径向的尺寸,使得系统更加紧凑化,而且能在输出波导中获得更加纯净的低阶微波模式。利用粒子模拟软件,初步分析和优化了器件的工作性能。模拟结果表明:当电压为500k V,磁场为0.5T时,该器件的工作频率为2.58GHz,输出功率为1.0GW,功率转换效率达到25.0%。     

轴向提取反馈式虚阴极振荡器的结构设计与特性

为进一步提高虚阴极振荡器输出微波的功率和效率,同时为使其输出微波的频率更加稳定、模式更加单纯,设计了一种轴向提取的反馈式虚阴极振荡器,并利用粒子模拟方法分析了反馈装置对输出微波的影响,得到了一些规律性的认识。模拟结果表明,在相同的运行条件下,与不加反馈装置时的普通虚阴极振荡器相比,这种反馈式虚阴极振荡器的微波输出功率可以提高两倍以上,而且带宽窄、模式纯。     

行波提取型同轴渡越时间振荡器模拟

提出了一种行波提取型同轴渡越时间振荡器,器件的提取腔采用了类膜片加载的扩展互作用腔结构,具有束波作用效率高,电子束空间电势能低等优点。提取腔的电场结构为3π/2模,与传统的类π模结构相比,提高了微波群速度,有利于微波能量的提取。通过引入前置反射腔,提高了调制腔的品质因数,显著降低了起振时间。利用数值模拟软件对所设计的器件进行了模拟和优化,在二极管电压530kV,二极管电流12.8kA,外加导引磁场0.7T的条件下,得到了2.41GW的输出功率,微波频率7.76GHz,束波功率转换效率达到35.5%。     

微波反馈调制型虚阴极振荡器的粒子模拟

用三维全电磁PIC方法对一种利用反馈微波信号调制入射电子束的新型虚阴极振荡器进行了粒子模拟研究。在外加450kV电压的自洽发射状态下,得到的微波峰值输出功率可达数百兆瓦,微波主频位于C波段,瞬时峰值效率≥5％,主模式为TE10模,与试验结果符合较好。     

C频段收发前端高隔离环形器设计与实现技术

介绍了微位移测量系统微波收发信道微波前端高隔离环形器的具体设计方法、实现形式以及测试结果。微位移收发信道是同频、同时、同天线的工作体制,所以发射信号会通过环形器泄露到接收信道中,造成接收通道饱和,接收信道对有用信号的信噪比,影响最后的系统测量精度;或者使得整个系统的测量距离很小,无法实际工程应用。为了在接收信道中将发射信号通过环形器泄露到接收信道中的信号进行抑制,采用的方法是在发射信道末端通过耦合器耦合一定信号能量,并使耦合信号进过可调衰减器和移相器对其幅度和相位进行调整,使耦合信号与泄露信号的幅度相等、相位相差180°,从而达到对环形器泄露信号的抑制抵消。该高隔离环形器指标要求工作频段是5 750~5 850 MHz,发射端输出电平高于30 d Bm,接收端口对发射端口隔离度110 d B(最大),稳态大于88 d B,噪声系数小于3.5 d B。     

强流真空二极管材料放气特性研究

高功率微波技术的实用化进程要求强流真空二极管缩短抽气准备时间并保持较高的真空度水平.材料出气是高真空状态下二极管腔体内的主要气源,直接制约着抽气和保真空时间.针对一种陶瓷真空界面、黄铜和硬铝为阴极和阳极外壳的氟橡胶压封二极管,利用真空设计软件VacTran建立了抽气模型,模拟了管道流导对有效抽速的影响以及真空室主要材料出气率和抽气曲线;实际比较了常温和烘烤状态下二极管材料的出气特性:以60h作为总的出气时间,200℃烘烤8h的出气量超过了总出气量的65%;真空室气压在没有吸气泵作用下维持10-2Pa水平的时间相比未烘烤时提高了约1.5倍.烘烤对缩短加速器真空系统准备时间、提高器件真空度水平具有明显效果.     

新型四极轨道电磁发射器

提出一种新型四极轨道电磁发射器模型,并对其进行数值分析及有限元仿真。设计了四极轨道和三叶花瓣状抛体,通过抛体的三组径向电流与四极轨道产生的三组环向磁场正交。环向磁场和流过抛体的径向电流相互作用产生轴向加速力。此外,新型四极轨道电磁发射器的结构设计有利于克服发射过程带来的巨大振动,提高发射精度和准确性。基于理论计算和有限元验证,对抛体的电流及磁场分布进行了分析。结果表明:与传统轨道电磁发射器相比,四极轨道电磁发射器能产生更大的轴向加速力。同时随着轨道电流的增加,抛体所受推进力也会增加。     

电磁发射条件下导弹磁场屏蔽研究

作为一种新型的导弹发射方式,电磁发射技术以法拉第电磁感应定律为基础,产生电磁力推动导弹运动。导弹在发射过程中,会产生强的电磁场环境,使得周围电子设备无法正常工作。利用Maxwell软件,对电磁发射条件下的磁场环境进行仿真分析,并与添加屏蔽体后的环境进行对比,说明了屏蔽体对于磁场环境的屏蔽作用。针对实际应用时屏蔽体通常存在孔缝的情形,对具有不同形状孔缝的屏蔽体进行分析,研究其屏蔽效果的不同。这些将会指导导弹屏蔽体的结构设计问题。     

坦克排烟管热电转换模拟试验研究

为降低坦克排烟管的红外特性,设计了应用于坦克排烟管高温表面的热电转换方案,并进行了模拟试验和理论计算。结果表明：热电转换器件的开路电压和负载电压、负载电流随冷热面温差的增加呈线性增长,而输出功率、效率则以二次方的速度增长;多片热电转换器件组合能够实现所要求的电能输出。试验中热电系统产生的电能驱动散热风扇运转,说明热电转换用于高温度、高热通量场合实现红外抑制的目的是切实可行的。模拟试验表明：经热量转换和热量转移后热电转换系统表面温度较模拟坦克排烟管表面温度下降超过33％,说明利用热电转换方案实现坦克高温部位的红外抑制效果明显。     

Spark-05加速器真空界面设计

为了驱动中高阻抗的高功率微波源,建造了油介质Blumlein型加速器Spark-05,其真空绝缘子界面为设计的难点之一。为了减小体积和结构简单,确定了真空界面采用径向绝缘结构,利用静电场有限元程序计算了界面上的电场分布,通过调整均压环和屏蔽环的形状使电场分布更加均匀,真空界面上沿面场强和三结合点处场强均得到了有效的控制,在1MV实验中工作稳定。     

小屏蔽体屏蔽效能混响室测试的改进方法

给出国军标（G JB）混响室条件下小屏蔽体屏蔽效能的测试方法并分析其存在的不足,提出基于统计意义和多点数据采集的屏蔽效能定义及屏蔽效能计算公式,成功设计和开发基于统计意义的混响室屏蔽效能测试系统。该系统包含信号发生器、功率放大器、屏蔽壳体、场强计、运动导轨、步进电机、控制计算机及测试软件并能够自动进行数据采集和处理,并允许在腔体的谐振频率下进行测试且能够获得屏蔽效能的均值。实验验证了该系统相比G JB混响室测试方法具有更好的重复性,能够作为小屏蔽体屏蔽效能测试的一种标准方法。     

新型爆磁压缩脉冲功率调制电路

爆磁压缩发生器一般具有较低阻抗,在驱动较高阻抗负载时需要脉冲功率调制电路。传统的脉冲功率调制电路需要脉冲变压器,体积庞大,若其后再采用传输线作中间电容储能,尽管输出波形有改善,但体积更大。提出一种无需脉冲变压器,把传输线当作电感储能元件的功率调制电路。该方案具有电路结构简单、体积紧凑、绝缘压力小等优点。文中同时给出了电路的仿真结果。该功率调制方案将使爆磁压缩的应用更加广泛。     

杂散参数对串联型磁脉冲压缩器输出特性影响*

使用电路模拟软件(P-Spice)分析了脉冲电容器自身电感、磁开关绕组匝间电容以及磁芯处于不同工作状态时,磁开关绕组自身阻抗等杂散参数对串联型磁脉冲压缩器输出特性的影响。结果表明,匝间电容和磁芯处于未饱和状态下的绕组自身电阻对系统的输出特性影响相对较小;磁芯处于饱和状态时,绕组自身阻抗对系统的电压传输效率影响较大;脉冲电容器的自身电感不仅会降低系统的电压传递效率,同时会影响到输出脉冲上升沿的宽度。基于以上的结论,对单级串联型磁脉冲压缩器进行了优化设计并研制了一台输出峰值电压26kV,脉冲上升时间由4.1us压缩到1.2us的串联型磁脉冲压缩器,电压传输效率大于92.5%。     

旋转永磁式机械天线的研究与实现

为实现低频电磁发信系统的小型化和低功耗,对基于旋转永磁体的机械天线,即利用永磁体机械旋转直接激励电磁波的新型低频电磁发信技术进行了理论研究与工程实践。提出基于钕铁硼永磁体和永磁同步电机的旋转永磁式机械天线技术方案及其信息加载方法,构建基于电-机械-电磁能量转换的系统模型,对其辐射效率和辐射功率进行初步分析,研究旋转永磁体在不同无限均匀介质中产生时变磁场的分布与衰减特性,研制了原理样机,并对其近区磁场和2FSK信号的加载特性进行了实验测试,验证了该方案的可行性和有效性。     

数字交流电源在坦克中的应用

针对坦克中交流电源变流机存在的质量大、噪音大、效率低等不足,研制了一种采用PWM技术的数字交流电源。系统的升压部分采用高频推挽正激变换技术,逆变部分以DSP为控制核心,采用电压空间矢量算法生成SP-WM波形。实验结果表明：所设计的交流电源体积小、质量小、噪音小、效率高、正弦性好,能满足使用要求。     

手性导电复合材料屏蔽效能的数值研究

利用建立在单层无限大手性屏蔽体模型基础上的电磁屏蔽公式，将电导率的贡献等效为介电常数虚部的一部分，通过数值分析方法研究了手性参数对导电复合材料电磁屏蔽效能的影响规律，并细化研究了该参数对反射衰减、吸收衰减和多次反射衰减的影响。数值分析发现，屏蔽效能对手性参数、电导率的变化比较敏感。     

具有有限深度环缝的导电屏上单极天线的辐射特性

单极天线安装在理想导电平面屏上,屏上刻有有限深度的环形缝。将单极天线上电流及缝和自由空间交界处的等效磁流作为未知函数,建立了一对耦合积分方程。从方程得到电流和磁流的数值解。从这些电流和磁流计算了输入阻抗和辐射方向图。