优先发表

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特种电源专辑
触发隔离元件对多开关触发同步性的影响
王杰, 陈林, 冯元伟, 蒋吉昊, 赵越, 刘宏伟, 韩文辉, 周良骥
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240371
摘要:
对于数十个基本放电支路并联同步放电的直线变压器驱动源(LTD)模块,触发隔离元件直接影响高功率气体开关的触发导通同步性,进而对整个LTD模块输出性能产生影响。为了优化选择触发隔离元件类型及参数,针对电阻及电感两种隔离方式进行了计算分析和实验对比。结果表明,电感隔离效果优于电阻隔离,同时对于不同的隔离电感参数,5 μH隔离电感下LTD模块输出结果相对最好。
P型开关截尾自触发方波脉冲叠加器
李孜, 吴路生, 饶俊峰, 姜松
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240253
摘要:
基于自触发技术提出了一种带截尾功能的方波脉冲叠加器。N型开关与P型开关串联形成特殊的半桥结构,只需要提供一路隔离双极性信号控制第一级的充电和放电开关,所有其它级的开关逐级导通和关断,即又产生高压方波脉冲。该技术不仅大幅简化了脉冲叠加器的驱动电路,还实现了截尾功能,产生快速前后沿的准方波脉冲。并且利用耗尽型N型开关的自动导通特点实现了无需控制的自取电,显著提升驱动电路的绝缘水平。搭建了9级电源样机进行实验验证,实验结果表明:在10 kΩ阻性负载上产生了稳定的重频正极性方波脉冲,电压幅值2.3~3.6 kV可调,脉宽1~10 μs可调,频率0~1 kHz可调,前后沿在100 ns左右,且随着工作电压的升高而加快。10 kΩ和3 nF阻容串联负载下波形仍然是较好的方波脉冲,脉冲前后沿与阻性负载相比没有明显变慢。该脉冲叠加器结构紧凑,有利于实现固态脉冲电源的小型化。
空间GaAs太阳能电池辐照损伤效应模拟研究
魏嘉欣, 郝建红, 赵强, 范杰清, 张芳, 薛碧曦, 董志伟
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240272
摘要:
航天器在轨服役期间长期处于复杂恶劣的空间辐射环境,以GaAs为代表的III-V族化合物太阳能电池因具备高光电转换效率和抗辐照能力而被广泛应用于航天领域。采用有限元法,基于计算机辅助设计技术(TCAD)对GaAs太阳能电池的空间辐照损伤效应进行了研究。以AM0光谱辐照下的GaAs太阳能电池电学参数为依据,建立了单结太阳能电池结构模型和辐照损伤模型,获得了在不同电子辐照条件下电池的伏安特性曲线,结合已有实验结果验证了本文模拟结果,分析了空间环境辐照下GaAs太阳能电池电学性能退化规律。结果表明,辐照损伤缺陷使得少数载流子扩散长度减小,降低了光生载流子的收集效率,在一定电子能量下,太阳能电池电学性能的退化幅度随辐照注量水平的提高而增大。
高重复频率传输线结构冲击磁铁仿真分析
王东兴, 韩波, 武万锋, 黄毛毛, 朱燕燕
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240273
摘要:
深圳中能高重复频率X射线自由电子激光(S3FEL)需要MHz的高重复频率高稳定性冲击磁铁(Kicker)系统,传输线结构冲击磁铁系统是实现高重复频率的有效途径。但传输线结构冲击磁铁的波形稳定性不足限制了该类型冲击磁铁在大型粒子加速器中的应用。为改善上述不足,基于传输线结构冲击磁铁的输入波形和电路结构参数开展了研究,利用傅里叶分析等数学工具分析了影响冲击磁铁工作波形稳定性的主要因素,揭示了冲击磁铁理想波形的谐波次数与传输线结构冲击磁铁截止频率之间的关系。在此基础上,提出一种减小冲击磁铁实际波形与理想波形偏差的方法。该方法通过调整冲击磁铁输入波形参数或者传输线结构冲击磁铁截止频率,在一定范围内可以获得冲击磁铁理想的工作波形。为验证上述关系,用电路仿真软件对冲击磁铁不同工作波形和不同电路参数进行了仿真。仿真结果证实了上述关系且验证了所提方法的有效性。
脉冲阶梯调制高压电源快恢复技术
李春林, 毛晓惠, 李青, 王雅丽, 范臻圆, 夏于洋, 张锦涛, 王英翘, 蔡一鸣
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240183
摘要:
中性束注入加热是磁约束聚变实验中有效的加热手段,离子源在实验运行过程中出现打火情况就终止离子束的引出,降低了中性束离子源束的引出效率与功率。离子源在发生异常情况时为延长离子源束的引出,开展高压电源快恢复技术研究,即通过再次运行高压电源重新进行束的引出。针对快恢复技术,采用PXIe-8861处理器、PXIe-7820R可编程逻辑门阵列硬件板卡,基于PXI Express技术研制了一套快恢复控制系统。控制系统采用心跳包机制进行板卡及通讯状态监测,具有客户端及上位机两种参数配置方法,满足在线/离 线数据查看与分析功能。通过上位机模式配置,控制系统支持电压、个数控制,满足调制、快恢复、单次等多种工作模式。在兆瓦级强离子源上开展测试结果表明,控制系统操作界面简洁,逻辑结构设计清晰,满足多种控制模式,并通过重启高压电源进行束引出,提高了实验过程离子源束的引出功率。
高功率微波技术
高匹配高功率低副瓣波导缝隙阵天线的设计与数值模拟
侯万杉, 殷勇, 秦雨, 刘海霞, 李文龙, 毕亮杰, 李海龙, 王彬, 蒙林
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240274
摘要:
研究了波导缝隙阵天线在高功率微波技术中的应用,提出了一种新的设计方法,特别关注了波导缝隙阵天线的缝隙互耦、副瓣电平以及天线和馈源的匹配问题。新方法利用现代计算机技术快速计算出考虑缝隙互耦效应的缝隙电导函数,从而实现波导缝隙阵天线的高效设计,该方法无需复杂运算或外部结构,保证了系统紧凑性,并在设计波导缝隙面阵时表现出更高的有效性。仿真结果表明:新方法设计的天线在匹配度方面表现优异,在中心频率f = 2.458 GHz处,所设计的天线的各个端口的反射系数范围为−37.2 dB至−27.7 dB,相比使用Stevenson公式设计相同目标参数的天线的各个端口的反射系数范围为−11 dB至−8.7 dB,使用新方法设计的天线的各个端口的反射系数至少降低了19 dB。此外,新方法设计的天线实现了−30.2 dB的低副瓣电平和332.6 MW的高功率容量。
粒子束及加速器技术
电子储存环逐圈束流损失的探测
任俊杰, 随艳峰, 于令达, 汪林, 徐韬光, 何俊, 岳军会
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240236
摘要:
调束初期,电子储存环的逐圈束流损失信号可以直观展示出束流的注入、储存和积累状态。介绍了束流损失的种类和机制,列举了几种常见的束流损失探测器及其关键参数。基于北京正负电子对撞机(BEPCII)重大改造工程机器参数,用Geant4模拟了BEPCII束流条件下束流丢失引起的二次粒子分布情况,分析了真空室外簇射电子和光子的分布,根据分析结果,最终选用闪烁体加光电倍增管(PMT)型探测器探测逐圈束损信号,并在BEPCII进行了束流测试。针对闪烁体型束损探测器性能不一致问题,对探测器进行了灵敏度校准并在BEPCII上完成了束流验证,最后介绍了信号采集与处理电子学并计算分析了其测量精度。上述实验为闪烁体束损探测器在高能同步辐射光源储存环上的应用奠定了基础。
脉冲功率技术
一种测量纳秒级高电压脉冲的D-dot探测器
潘子龙, 程新兵, 陈绒, 陈侠, 张瀚文, 张仁杰, 钱宝良
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240319
摘要:
设计了一种测量纳秒级高电压脉冲的D-dot探测器,包括微分探头和无源积分器的设计、仿真和实验。该探测器的探头电极可以根据不同的测量器件进行更换,探头电极的轴向长度也可以根据测量需求进行调节。采用CST软件对该探头的电场分布开展了静电场模拟分析,并进行了结构优化,同时利用OrCAD/Pspice软件对D-dot探头、积分器和探测器的幅频响应特性进行了分析,确保探测器的工作频率满足设计要求。利用设计的D-dot探测器开展了纳秒级高电压脉冲测量实验,实验结果表明,设计的D-dot探测器满足前沿时间约37 ns、电压幅值约597 kV的高电压脉冲测量需求。
基于PFN-Marx的准方波脉冲源的波形优化研究
江进波, 任应杰, 李毅, 张家兴, 赵鑫, 徐林, 欧阳善川
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240315
摘要:
脉冲功率驱动源是高功率微波技术的关键部分,其输出波形质量直接影响高功率微波器件的输出,针对脉冲功率驱动源输出波形平顶存在的振荡问题,设计并研制了一套基于PFN-Marx的紧凑化脉冲功率驱动源并进行波形优化,通过PSpice仿真分析了不同结构的PFN-Marx发生器的参数,从而确定了PFN-Marx发生器的节数与级数;将输出波形存在的振荡问题转化为波形平顶区域各极值点距离基准值的偏移程度,以平顶纹波误差最小为目标,以均方根误差构建目标函数,在Simulink中建立电路模型,结合MATLAB遗传算法,对PFN的电感进行不断迭代优化,最后确定一组最优值,重新设计电感结构,使其可以方便快捷调整电感值,以此实现波形优化。优化后的单级PFN在10 Ω负载上输出波形前沿24.4 ns,脉宽93.6 ns,其平顶性能良好。装配完成的7级PFN-Marx发生器在充电电压53.8 kV、负载阻抗75 Ω条件下,输出准方波波形的峰值为189.2 kV,脉宽93.2 ns,前沿8.4 ns,后沿33.6 ns,纹波系数为3.5%。
紧凑型Marx发生器脉冲功率源
胡汉鹏, 尹德宁, 贺楠, 黄亚琪, 张珍铭, 张修路, 宋盛义, 袁长迎
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240254
摘要:
为降低脉冲功率源使用门槛,设计并实现了一种基于Marx发生器的紧凑型脉冲功率源:Marx发生器为7级单极性充电同轴结构,采用低电感陶瓷电容、紫外光预电离输出窄脉冲;使用可调初级高压电源和2路同步触发开关,金属外壳作为接地屏蔽与放电回路;发生器内部充填高气压N2。基于上述设计获得的脉冲功率源在充电电压26 kV、充气0.3 MPa时,在60 Ω负载上获得了前沿33 ns、脉宽59 ns、幅度109.2 kV的高电压脉冲;功率源封装在一个直径0.2 m、长1.1 m的铝合金圆筒内。为紧凑型、模块化脉冲功率源的实现提供了设计思路和参考样机,可用于闪光X射线照相驱动源。
高功率粒子束专辑
无人机故障模拟数据集构建与评测方法
王怡澄, 柴梦娟, 余道杰, 白艺杰, 梁丽月, 李涛, 周佳乐, 杜剑平, 姚振宁
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240340
摘要:
无人机系统复杂且故障模式多样,对其可靠性、稳定性和安全性提出了一定的挑战。针对无人机故障数据样本集缺乏且不完备的问题,采用预设故障注入法构建了无人机故障模拟数据集。故障模拟数据集基于偏差故障、漂移故障、锁死故障和缩放故障四种故障描述模型,实现了无人机正常状态、执行器故障和传感器故障的等效模拟,并进一步通过深度学习网络评测数据集。仿真结果表明:WDCNN、ResNet和QCNN三种深度学习网络均验证了本文故障模拟数据集构建方法及数据集的有效性和完备性。从故障诊断精确度指标来看,WDCNN达到82%以上,ResNet达到90%以上,QCNN达到92%以上,提出的方法为基于数据驱动的无人机故障诊断研究提供了一个较为完备的数据集及评测方法。
不同型号的石墨耐强流电子束轰击性能的研究
程军, 刘文元, 吴平, 柯昌凤, 霍艳坤, 何亚姣, 孙钧
, doi: 10.11884/HPLPB202537.240288
摘要:
石墨因组成元素的原子序数较低、熔点极高、导热性能优异、化学稳定性高及抗热冲击能力较强等诸多优点, 已成为相对论返波管中关键部件收集极的首选材料。对4种具有代表性的高纯石墨及其各自碳化钛涂层改性材料作为强流电子束二极管中的阳极进行了耐强流电子束性能考核。结果表明,4种石墨在电压为860 kV、电流为11 kA、脉宽为40 ns的电子束轰击下二极管的电流表现出明显的差异,石墨4#即使电子束脉冲作用167次,电流曲线也未表现出明显异常,而其他三种石墨的电流曲线均出现不同程度的尾蚀。通过石墨表面碳化钛涂层的烧蚀实验进一步验证了石墨的差异性,表明石墨的热导率对其抗烧蚀性能具有重要的影响。石墨的热导率越高,碳化钛熔融析出再结晶程度越低,说明石墨的抗烧蚀性能越好。石墨4#具有优异的耐电子束轰击性能,在相对论返波管收集极领域具有重要的应用前景。
前沿技术与交叉科学
面向战斗力指数定量分析的局部逼近方法
郭恩泽, 刘国彬, 邹永杰, 刘正堂, 孙健, 张洪德
, doi: 10.11884/HPLPB202436.240163
摘要:
战斗力指数的定量化研究是军队实现信息化建设必须解决的难题。针对战斗力指数研究存在定量研究较少、方法精度较低、鲁棒性不强等问题,以及战斗力指数函数本身为复杂规则主导、多变量数学模型、影响因素强耦合等难以拟合的限制,受模糊逻辑理论中对规则的数学分析方法启发,提出了一种基于局部逼近的战斗力指数函数拟合方法,并结合神经网络强大的自学习和自推导能力,构建了相应的基于径向基神经网络(RBF)的定量计算模型。仿真对比实验表明,该方法比利用全局逼近的方法误差率低约2%和6%,且表现出更强的鲁棒性。该计算方法具有较强的实用性,而且具备向其他军事领域迁移的可能性,具备良好的工程应用前景。