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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240330
摘要:
基于雪崩晶体管的Marx电路常用于产生高压纳秒脉冲，输出波形通常具有前沿时间百ps量级、指数型放电后沿、kV级输出电压等特征。然而这种电路结构的典型输出波形后沿通常存在振荡或畸变；Marx电路的储能电容较大时，波形前沿还会出现尖峰振荡；已有研究对此关注较少或将其归因于电路杂散参数、阻抗匹配的影响。从雪崩晶体管动态导通过程的角度进行了仿真分析，并对储能电容取值、Marx电路级数、充电电压等因素的影响开展了实验研究。结果表明，雪崩晶体管自身过压导通状态是引起波形振荡的关键因素；储能电容越大、Marx级数越低、充电电压越小，则振荡的现象越明显，振荡幅值甚至能够高于晶体管雪崩击穿形成的快前沿尖峰，此时快前沿尖峰即体现为波形前沿上的振荡。通过调整Marx电路储能电容大小、优化微带线结构等方式可改善输出波形振荡。
基于雪崩晶体管的Marx电路常用于产生高压纳秒脉冲，输出波形通常具有前沿时间百ps量级、指数型放电后沿、kV级输出电压等特征。然而这种电路结构的典型输出波形后沿通常存在振荡或畸变；Marx电路的储能电容较大时，波形前沿还会出现尖峰振荡；已有研究对此关注较少或将其归因于电路杂散参数、阻抗匹配的影响。从雪崩晶体管动态导通过程的角度进行了仿真分析，并对储能电容取值、Marx电路级数、充电电压等因素的影响开展了实验研究。结果表明，雪崩晶体管自身过压导通状态是引起波形振荡的关键因素；储能电容越大、Marx级数越低、充电电压越小，则振荡的现象越明显，振荡幅值甚至能够高于晶体管雪崩击穿形成的快前沿尖峰，此时快前沿尖峰即体现为波形前沿上的振荡。通过调整Marx电路储能电容大小、优化微带线结构等方式可改善输出波形振荡。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240305
摘要:
为实现脉冲驱动源气体主开关的精确控制技术，研制了基于电晕稳定机理的气体触发开关，并对稳定电晕放电过程以及高能逃逸电子对击穿稳定性的影响进行分析，揭示了抑制高能逃逸电子产生有助于增加气体开关自击穿稳定性的机制。从气体介质和电场条件两个方面进行实验研究，对比该型气体开关的自击穿稳定性，实验结果表明：在气压0.06 MPa至0.56 MPa范围内，气体开关充15%SF6/N2混合气体，其自击穿离散度不超过6%，最低可达1.4%；当SF6/N2混合气体内的电负性气体占比小于30%时，气体开关的自击穿电压离散度保持在2%~4%范围内；在充电电压小于1800 V范围内，改变间隙内电场的时域变化速度，可降低自击穿电压的离散度，当电压上升速度为12.4 kV/μs时，自击穿电压为242 kV，离散度为0.2%；在0.3 MPa的15%SF6/N2混合气体内，降低触发极尖端的场不均匀系数，击穿稳定性未得到明显改善，但是在电场时域变化速度增加时，自击穿电压离散度依然可以保持在1%以下；利用沟槽型触发极代替楔形触发极，击穿电压离散度最低可达0.15%，且击穿电压稳定在248 kV附近。
为实现脉冲驱动源气体主开关的精确控制技术，研制了基于电晕稳定机理的气体触发开关，并对稳定电晕放电过程以及高能逃逸电子对击穿稳定性的影响进行分析，揭示了抑制高能逃逸电子产生有助于增加气体开关自击穿稳定性的机制。从气体介质和电场条件两个方面进行实验研究，对比该型气体开关的自击穿稳定性，实验结果表明：在气压0.06 MPa至0.56 MPa范围内，气体开关充15%SF6/N2混合气体，其自击穿离散度不超过6%，最低可达1.4%；当SF6/N2混合气体内的电负性气体占比小于30%时，气体开关的自击穿电压离散度保持在2%~4%范围内；在充电电压小于
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240321
摘要:
光斑是影响光导开关导通特性的重要因素之一。探索了激光能量分布对光导开关输出特性的影响，分别采用高斯光和平顶光对同一GaN光导开关导通特性进行了对比测试。结果表明，由于平顶光具有更均匀的能量分布，相比于高斯光触发，在相同外加偏置电压（800 V）下，电压转换效率提升了6.8%。在激光能量为500 μJ时的平顶光触发下进行了加压测试，最大峰值输出电压为4550 V，此时输出功率达到414 kW，上升时间为420 ps，下降时间为5 ns，导通电阻为13.7 Ω。
光斑是影响光导开关导通特性的重要因素之一。探索了激光能量分布对光导开关输出特性的影响，分别采用高斯光和平顶光对同一GaN光导开关导通特性进行了对比测试。结果表明，由于平顶光具有更均匀的能量分布，相比于高斯光触发，在相同外加偏置电压（800 V）下，电压转换效率提升了6.8%。在激光能量为500 μJ时的平顶光触发下进行了加压测试，最大峰值输出电压为
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240325
摘要:
电触发真空沿面闪络开关(VSFS)具有高导通速度、高绝缘恢复速度、体积小、结构简单等优点，适合于高电压、高功率转换的场合。导通速度和稳定性是VSFS输出性能的重要指标，其影响因素的研究决定了VSFS的优化方向。研究了结构、材料、触发极性对真空沿面闪络开关的输出性能影响。结果表明，体式结构相较于片式结构导通速度更快、更稳定。钛酸钡介质和氮化铝介质具有稳定的脉冲击穿电压，适合作为触发介质。石英的直流耐压高，适合作为主间隙介质。正触发方式下开关的输出指标要优于负触发。
电触发真空沿面闪络开关(VSFS)具有高导通速度、高绝缘恢复速度、体积小、结构简单等优点，适合于高电压、高功率转换的场合。导通速度和稳定性是VSFS输出性能的重要指标，其影响因素的研究决定了VSFS的优化方向。研究了结构、材料、触发极性对真空沿面闪络开关的输出性能影响。结果表明，体式结构相较于片式结构导通速度更快、更稳定。钛酸钡介质和氮化铝介质具有稳定的脉冲击穿电压，适合作为触发介质。石英的直流耐压高，适合作为主间隙介质。正触发方式下开关的输出指标要优于负触发。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240328
摘要:
超导托卡马克装置通过极高的磁场来约束高温等离子体，以实现可控核聚变反应。为了保证超导磁体的安全运行，失超保护系统中需要爆炸开关实现至关重要的后备保护。对15 kV爆炸开关中最关键的电流触头进行了建模，针对爆炸及触头开断过程进行了数值分析，计算了触头分断所需要的爆轰压力，以及爆炸产生的压力分布规律。通过试验验证了数值模拟的准确性，这为爆炸开关的理论设计提供了基础。
超导托卡马克装置通过极高的磁场来约束高温等离子体，以实现可控核聚变反应。为了保证超导磁体的安全运行，失超保护系统中需要爆炸开关实现至关重要的后备保护。对15 kV爆炸开关中最关键的电流触头进行了建模，针对爆炸及触头开断过程进行了数值分析，计算了触头分断所需要的爆轰压力，以及爆炸产生的压力分布规律。通过试验验证了数值模拟的准确性，这为爆炸开关的理论设计提供了基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240156
摘要:
在中子辐射领域，中子解谱问题备受关注。邦纳多球谱仪常用于中子能谱探测，最大熵法可针对多球谱仪探测数据进行中子解谱。基于此原理，建立包含邦纳多球谱仪的仿真模型，以蒙特卡罗方法的模拟结果作为先验谱，使用基于最大熵原理的最大熵反卷积（MAXED）方法进行中子解谱，与文献数据对比验证后，证明了方法的有效性和准确性。通过增加蒙特卡罗方法的随机粒子数，获得了精确度不同的多组先验谱，对于不同的先验谱，最终解谱结果均可获得统计学显著性，解谱结果有效。经过对比，先验谱越精准，最终解谱结果准确度越高，说明通过合适的降方差方法获得准确的蒙特卡罗计算结果至关重要，可为后续研究和实验提供参考。同步使用了基于迭代算法的GRAVEL方法进行中子解谱，两种解谱方法计算结果对比进一步证明了MAXED方法解谱的优越性能。
在中子辐射领域，中子解谱问题备受关注。邦纳多球谱仪常用于中子能谱探测，最大熵法可针对多球谱仪探测数据进行中子解谱。基于此原理，建立包含邦纳多球谱仪的仿真模型，以蒙特卡罗方法的模拟结果作为先验谱，使用基于最大熵原理的最大熵反卷积（MAXED）方法进行中子解谱，与文献数据对比验证后，证明了方法的有效性和准确性。通过增加蒙特卡罗方法的随机粒子数，获得了精确度不同的多组先验谱，对于不同的先验谱，最终解谱结果均可获得统计学显著性，解谱结果有效。经过对比，先验谱越精准，最终解谱结果准确度越高，说明通过合适的降方差方法获得准确的蒙特卡罗计算结果至关重要，可为后续研究和实验提供参考。同步使用了基于迭代算法的GRAVEL方法进行中子解谱，两种解谱方法计算结果对比进一步证明了MAXED方法解谱的优越性能。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240007
摘要:
针对太赫兹频段行波管输出功率较小的瓶颈以及对紧凑型设计的明确需求，提出一种管内功率合成的0.34 THz折叠波导行波管结构。首先，对太赫兹折叠波导慢波结构的高频特性进行了研究，通过仿真计算得到了其色散特性和耦合阻抗，0.34 THz处归一化相速度为0.248，耦合阻抗为0.46 Ω；其次，提出了用于管内功率合成的3 dB定向耦合器结构设计，分析表明，其在0.31～0.368 THz范围内，幅度平衡度在±0.19 dB以内，隔离度优于24 dB；最后，完成了基于3 dB定向耦合器管内功率合成的折叠波导行波管基本结构设计并构建了仿真模型，仿真结果表明，最大输出功率为9.16 W，增益为26.6 dB，3 dB带宽达到21 GHz。作为对比，单个折叠波导行波管输出功率为6.18 W，故管内合成的折叠波导行波管的输出功率是单个行波管输出功率的1.48倍；此外，与采用常规外置功率合成结构的双行波管组件设计相比，管内功率合成折叠波导行波管的横向尺寸至少缩减了56.5%。
针对太赫兹频段行波管输出功率较小的瓶颈以及对紧凑型设计的明确需求，提出一种管内功率合成的0.34 THz折叠波导行波管结构。首先，对太赫兹折叠波导慢波结构的高频特性进行了研究，通过仿真计算得到了其色散特性和耦合阻抗，0.34 THz处归一化相速度为0.248，耦合阻抗为0.46 Ω；其次，提出了用于管内功率合成的3 dB定向耦合器结构设计，分析表明，其在0.31～0.368 THz范围内，幅度平衡度在±0.19 dB以内，隔离度优于24 dB；最后，完成了基于3 dB定向耦合器管内功率合成的折叠波导行波管基本结构设计并构建了仿真模型，仿真结果表明，最大输出功率为9.16 W，增益为26.6 dB，3 dB带宽达到21 GHz。作为对比，单个折叠波导行波管输出功率为6.18 W，故管内合成的折叠波导行波管的输出功率是单个行波管输出功率的1.48倍；此外，与采用常规外置功率合成结构的双行波管组件设计相比，管内功率合成折叠波导行波管的横向尺寸至少缩减了56.5%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240219
摘要:
为提升北斗/GPS导航接收系统抗高功率微波的防护效能，采用场路协同仿真设计的方法，分析了北斗/GPS天线在高功率微波辐照下的响应特性，仿真得到天线端口的耦合电压量值。为实现对高功率微波的防护，设计两级防护电路，通过构建稳态电路和瞬态电路模型，对插入损耗和泄漏电压进行仿真分析，并对防护电路进行了加工。测试结果表明：防护电路在2 kW的窄带高功率微波注入下，泄漏功率小于0.5 W；在1411 V的超宽谱高功率微波注入下，泄漏电压小于12 V，可实现对高功率微波的有效抑制。同时将防护电路装配到北斗/GPS导航天线内，导航系统可正常工作。
为提升北斗/GPS导航接收系统抗高功率微波的防护效能，采用场路协同仿真设计的方法，分析了北斗/GPS天线在高功率微波辐照下的响应特性，仿真得到天线端口的耦合电压量值。为实现对高功率微波的防护，设计两级防护电路，通过构建稳态电路和瞬态电路模型，对插入损耗和泄漏电压进行仿真分析，并对防护电路进行了加工。测试结果表明：防护电路在2 kW的窄带高功率微波注入下，泄漏功率小于0.5 W；在
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240134
摘要:
设计了一种140 GHz折叠波导行波管电子光学系统，利用三维粒子仿真软件Opera-3D对考虑热初速效应的圆形电子注在周期永磁聚焦系统内传输状态进行了仿真分析，并对磁场过渡区进行了优化设计，改善电子注与磁场的匹配效果。经计算，该电子光学系统阴极发射电流60 mA，阴极电压20 kV，流通率99.9%。样管测试结果显示，电子枪参数与设计结果相符合，实测流通率达到97.2%，行波管实现连续波稳定工作。
设计了一种140 GHz折叠波导行波管电子光学系统，利用三维粒子仿真软件Opera-3D对考虑热初速效应的圆形电子注在周期永磁聚焦系统内传输状态进行了仿真分析，并对磁场过渡区进行了优化设计，改善电子注与磁场的匹配效果。经计算，该电子光学系统阴极发射电流60 mA，阴极电压20 kV，流通率99.9%。样管测试结果显示，电子枪参数与设计结果相符合，实测流通率达到97.2%，行波管实现连续波稳定工作。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240198
摘要:
功分网络用于将HPM分成若干路后馈入移相器、单元天线等，其中过模圆波导到多路矩形波导功分器同时具有模式转换和功率分配功能，需具备高功率容量、高传输效率、低反射等特性。针对Ku波段GW级过模圆波导到8路矩形波导功分器，开展了设计、仿真、研制和小信号测试，建立了功率容量测试平台，对其功率容量进行了考核。小信号测试结果表明，该1分8路功分器，在14.7 GHz±200 MHz范围内，反射系数小于−20 dB，传输系数−9.1 dB左右，端口不平衡度小于0.4 dB；功率容量考核实验表明，该功分器功率容量超过900 MW。
功分网络用于将HPM分成若干路后馈入移相器、单元天线等，其中过模圆波导到多路矩形波导功分器同时具有模式转换和功率分配功能，需具备高功率容量、高传输效率、低反射等特性。针对Ku波段GW级过模圆波导到8路矩形波导功分器，开展了设计、仿真、研制和小信号测试，建立了功率容量测试平台，对其功率容量进行了考核。小信号测试结果表明，该1分8路功分器，在14.7 GHz±200 MHz范围内，反射系数小于−20 dB，传输系数−9.1 dB左右，端口不平衡度小于0.4 dB；功率容量考核实验表明，该功分器功率容量超过900 MW。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240008
摘要:
通过1维粒子模拟（PIC）的方法，发现利用单束超短激光与固体密度的等离子体碳靶相互作用可以产生瞬态等离子体密度光栅。研究表明，当选取合适的激光以及等离子体参数，等离子靶后表面的反射激光与入射激光通过干涉形成驻波，然后等离子体在有质动力势和电荷分离场的调制下演化出瞬态等离子体数密度光栅。当波长在40～130 nm之间的紫外飞秒激光束和亚临界密度等离子体相互作用时，瞬态等离子密度光栅的稳定时间可达数十个皮秒，峰值密度最大可达初始数密度二十倍以上。和传统的通过双激光束干涉或者梯度靶形成等离子体光栅的方案相比，该方案只需要单束激光和均匀固体靶相互作用就可以形成，且具有更高的对比度，在实验上更容易实现。
通过1维粒子模拟（PIC）的方法，发现利用单束超短激光与固体密度的等离子体碳靶相互作用可以产生瞬态等离子体密度光栅。研究表明，当选取合适的激光以及等离子体参数，等离子靶后表面的反射激光与入射激光通过干涉形成驻波，然后等离子体在有质动力势和电荷分离场的调制下演化出瞬态等离子体数密度光栅。当波长在40～130 nm之间的紫外飞秒激光束和亚临界密度等离子体相互作用时，瞬态等离子密度光栅的稳定时间可达数十个皮秒，峰值密度最大可达初始数密度二十倍以上。和传统的通过双激光束干涉或者梯度靶形成等离子体光栅的方案相比，该方案只需要单束激光和均匀固体靶相互作用就可以形成，且具有更高的对比度，在实验上更容易实现。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240175
摘要:
基于蒙特卡罗方法建立了单环及双环平行电子束轰击钽靶模型，以此模拟环形二极管产生轫致辐射场的过程。模型选用电子束能量为1.5 MeV，钽金属靶厚度为200 μm，并采用探测器计数方法对单环电子束在靶后10 cm产生的轫致辐射场剂量进行模拟研究。对于单环二极管结构，环内径是影响靶后轫致辐射场均匀性的主要因素，内径越大，中心剂量均匀性越差。相比环内径，环宽则主要影响辐射场的剂量大小，对于均匀性的影响较小。当单环内径为19 cm、外径为20 cm时，能得到最大面积为2290.221 cm2的均匀辐射场。双环二极管结构对比单环结构能得到更大面积的均匀辐射场。但外环环径的变化会导致辐射场剂量分布出现多级峰值，同时对辐射场各个区域的均匀性造成影响。模拟结果表明，通过在上述单环结构外侧添加内径为43.5 cm、外径为44.167 cm的同心外环，可将满足均匀度要求的辐射场面积增大至7238.229 cm2。
基于蒙特卡罗方法建立了单环及双环平行电子束轰击钽靶模型，以此模拟环形二极管产生轫致辐射场的过程。模型选用电子束能量为1.5 MeV，钽金属靶厚度为200 μm，并采用探测器计数方法对单环电子束在靶后10 cm产生的轫致辐射场剂量进行模拟研究。对于单环二极管结构，环内径是影响靶后轫致辐射场均匀性的主要因素，内径越大，中心剂量均匀性越差。相比环内径，环宽则主要影响辐射场的剂量大小，对于均匀性的影响较小。当单环内径为19 cm、外径为20 cm时，能得到最大面积为
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240025
摘要:
为了获得钽铌合金（Ta-Nb）材料在高压下的状态方程数据，制备了用于激光状态方程实验研究的铝/钽铌合金（Al/Ta-Nb）阻抗匹配靶。研究了Ta-Nb合金箔的精密轧制与飞秒激光切割工艺，获得了厚度13 μm，宽度400 μm的Ta-Nb合金台阶样品。使用聚乙烯醇（PVA）水溶胶将Ta-Nb合金台阶与Al标准材料进行复合装配。利用白光干涉仪、电子密度计等仪器对阻抗匹配靶的表面形貌、台阶厚度、样品密度等靶参数进行精密测量，结果表明研制的Al/Ta-Nb合金阻抗匹配靶能够满足激光状态方程物理实验需求。
为了获得钽铌合金（Ta-Nb）材料在高压下的状态方程数据，制备了用于激光状态方程实验研究的铝/钽铌合金（Al/Ta-Nb）阻抗匹配靶。研究了Ta-Nb合金箔的精密轧制与飞秒激光切割工艺，获得了厚度13 μm，宽度400 μm的Ta-Nb合金台阶样品。使用聚乙烯醇（PVA）水溶胶将Ta-Nb合金台阶与Al标准材料进行复合装配。利用白光干涉仪、电子密度计等仪器对阻抗匹配靶的表面形貌、台阶厚度、样品密度等靶参数进行精密测量，结果表明研制的Al/Ta-Nb合金阻抗匹配靶能够满足激光状态方程物理实验需求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240069
摘要:
为提高核退役设施辐射测量效率、减少测量人员遭受放射性照射的风险,设计了一种面向多无人车编队辐射巡测控制系统。首先，采用领航-跟随编队策略，控制机器人以预定队形行进，同时实时采集每个无人车在编队行进过程中巡测到的辐射强度信息以及它们各自的位置数据，初步地分析环境内部的辐射分布状况。其次，利用辐射强度与位置信息，运用马尔科夫链蒙特卡洛方法对放射源参数进行估计。仿真结果表明，无人车编队不仅可以在辐射环境下按照自动规划的路径运动并对放射源位置进行参数估计，且行进过程中距离误差为0～0.055 m，观测角误差为0～0.035 rad。
为提高核退役设施辐射测量效率、减少测量人员遭受放射性照射的风险,设计了一种面向多无人车编队辐射巡测控制系统。首先，采用领航-跟随编队策略，控制机器人以预定队形行进，同时实时采集每个无人车在编队行进过程中巡测到的辐射强度信息以及它们各自的位置数据，初步地分析环境内部的辐射分布状况。其次，利用辐射强度与位置信息，运用马尔科夫链蒙特卡洛方法对放射源参数进行估计。仿真结果表明，无人车编队不仅可以在辐射环境下按照自动规划的路径运动并对放射源位置进行参数估计，且行进过程中距离误差为0～0.055 m，观测角误差为0～0.035 rad。
, 最新更新时间 , 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。
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。
