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脉冲负载下柴油发电机组建模优化与评价
师萌, 杨艺斌, 杨定富, 黄克峰, 何凯, 吴振
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230342
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 2221KB](0)
摘要:
针对柴油发电机组-三相不控整流器-DC/DC变换器-脉冲负载系统中柴油发电机组的输出特性,提出仿真模型与试验电源输出电压(流)波形契合度的评价指标,以判断模型的仿真程度;提出了基于反向(BP)传播神经网络算法的同步发电机励磁电压输出动态限幅方法,应用于脉冲负载下柴油发电机组的模型优化。试验验证表明:27组算例中,初始仿真模型有18组波形实时契合度值不足90%,优化仿真模型27组值均大于90%。说明本文提出的优化方法使仿真模型比初始模型更加有效,可应用于后续柴油发电机组带脉冲负载系统的研究。
电磁场B样条间断有限元方法
华沁怡, 李林, 齐红新
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240076
[摘要](7) [HTML全文](3) [PDF 16228KB](1)
摘要:
在计算电磁学领域,时域间断有限元算法(DGTD)一般基于模型空间的不规则网格划分和单元上高阶多项式插值计算。同样的插值阶数,两维空间四边形网格划分比三角形网格划分具有更少的自由度和更高的计算效率。然而,传统基于等参变换和多项式张量积插值的基函数空间在四边形单元上仅具有低阶完备性,且稳定性和精度受网格畸变影响较大。为此,本文提出了一种基于不规则四边形网格的高阶B样条插值DGTD方法,用于Maxwell方程的求解。文章采用的B样条基不仅具有高阶多项式空间的插值完备性,而且完全消除了单元内部自由度。此外,Maxwell方程离散系统的各系数矩阵还具有精确的解析形式。使用该方法分析腔体的本征模和楔形体的电磁散射,结果表明,相较于COMSOL软件最大允许时间步长提高2.5倍,计算所需未知量减少25%,证实了本文算法的高稳定性和高精度特点。
辅助放电针对气体间隙直流自击穿特性的影响
石凌, 谢霖燊, 郭帆, 贾伟, 王海洋, 陈志强, 程乐, 王艺, 吴刚, 肖晶, 梅锴盛, 王戈飞, 花见涛
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230371
[摘要](7) [HTML全文](4) [PDF 1498KB](0)
摘要:
为降低气体放电间隙直流条件下自击穿电压分散性,尽可能不影响其自击穿电压,基于环形电极放电间隙,设计了一种在阴极中心植入辅助放电针的辅助放电电极结构。通过电场仿真,研究了辅助放电针直径、长度和顶部倒角对放电间隙场畸变的影响。实验研究了放电间隙无辅助放电针和植入辅助放电针后,其在干燥空气和SF6气体中的直流自击穿特性。结果表明:辅助放电针直径越小、长度越长,电极环对其电场屏蔽作用越弱,放电间隙场畸变强度越大;辅助放电针对SF6气体放电间隙直流自击穿电压值影响较小,随着场畸变系数的增大,同一气压下干燥空气自击穿电压下降百分数为SF6气体的2~3倍;辅助放电针对直流条件下干燥空气和SF6气体放电间隙自击穿稳定性具有有益作用,分散性减小百分数较无辅助放电针结构均提高约25%。
高空电磁脉冲晚期环境下电力系统效应研究进展
刘彤宇, 李丽, 王亚楠, 田逸涵, 赵禹洋, 王奕欢, 何雨桁, 孟维, 蔡玲珑, 马志钦, 李兴文, 丁卫东
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240042
[摘要](13) [HTML全文](6) [PDF 21800KB](1)
摘要:
高空电磁脉冲作为一种广域电磁攻击手段,能对电力设备造成较大冲击,甚至造成电力基础设施瘫痪,严重威胁新型电力系统安全。本文主要聚焦国内外高空电磁脉冲晚期环境下电力系统效应研究进展。首先,分析了高空电磁脉冲晚期环境下地磁扰动产生机理及感应地电场计算方法,建立了极端地磁感应电流的计算模型。其次,归纳了极端地磁感应电流注入情况下电力变压器、互感器、断路器等典型易损设备效应特征与机理。进一步地,分析了高空电磁脉冲晚期环境极下端地磁感应电流模拟注入装置和效应试验方法,总结了美国国防威胁降低局、美国电力研究院项目等相关试验和电力系统效应仿真与评估研究。最后,从高空电磁脉冲晚期环境效应机理、典型设备效应特征、模拟效应试验和系统级效应评估等层面总结了现有研究结论,梳理了下一步发展方向。
强流脉冲束流位置探测器标定技术
李勤, 张肇驿, 蒋薇, 刘云龙, 王永伟, 龙全红
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240034
[摘要](13) [HTML全文](5) [PDF 1978KB](1)
摘要:
电子直线感应加速器性能提升对束流探测器提出了高精度测量要求,由此不仅要求高精度的探测器设计装配技术,而且也要求探测器的准确标定。从强流脉冲束流位置探测器测量原理出发,从理论和实验两方面开展强流脉冲束流位置探测器标定技术研究。在理论上采用解析方法,分析了不同的计算处理方法和标定方法的标定效果,提出了特征平面标定,在建立的位置标定系统上,对用于多脉冲电子直线感应加速器的No.23电阻环进行了标定实验研究,实验结果验证了理论分析结果,根据理论和实验研究结果,确定了强流脉冲束流位置探测器标定方法。
1.3 GHz 9-cell高性能超导腔高阶模耦合器电磁及热分析研究
王子晗, 潘卫民, 米正辉, 翟纪元, 贺斐思, 沙鹏, 王光伟, 刘铭
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230425
[摘要](16) [HTML全文](9) [PDF 13234KB](0)
摘要:
中国科学院高能物理研究所于2023年6月完成了高品质因数1.3 GHz超导加速模组研发,在国际上率先实现了中温退火高品质因数超导腔模组技术路线。模组中集成了八只经过中温退火工艺处理的1.3 GHz 9-cell超导腔,在模组的测试过程中超导腔的高阶模耦合器温升异常,导致超导腔无法在高梯度下稳定工作。本文通过HFSS软件和CST软件中的微波仿真模块对高阶模耦合器进行电磁分析,再通过理论和ansysworkbench软件对高阶模耦合器进行热仿真分析,并结合模组的高功率实验,找到了超导腔性能异常的原因,并对超导腔高阶模耦合器的冷却方式进行了进一步的优化,解决了模组中超导腔高梯度下的不稳定性。
基于Walsh函数调制的单帧图像深度学习相位反演技术
刘奇, 杜应磊, 向汝建, 李国会, 张秋实, 向振佼, 吴晶, 岳献, 包安超, 游疆
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240048
[摘要](10) [HTML全文](5) [PDF 2081KB](0)
摘要:
远场波前反演存在简并态,复原波前容易出现多解问题。相较于传统的迭代算法,结合了相位调制与深度学习的相位反演方法不仅显著降低了计算复杂度,还可有效地解决多解问题。这种方法实时性强,结构简洁,显示出其独特的优势。使用不同的沃尔什函数(Walsh)对相位进行调制,采取深度学习的方法训练卷积神经网络从调制后单帧远场强度图中获得4~30阶Zernike系数从而复原出原始波前,解决了相位反演多解问题。对于3~15 cm大气相干长度的湍流像差的残差波前,其RMS与原始波前RMS的比值可达7.8%。深入研究了Zernike阶数、随机噪声、遮挡以及强度图分辨率等多种因素对波前复原精度的影响。研究结果表明,这种基于深度学习的相位反演方法在复杂的环境中展现出了良好的鲁棒性。
稠密等离子体焦点二维模拟研究
欧海彬, 段书超, 王刚华, 肖金水, 何佳龙, 谢龙, 肖波, 阚明先
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240001
[摘要](11) [HTML全文](4) [PDF 2592KB](0)
摘要:
为了探究稠密等离子体焦点装置内等离子体层的运动规律以及相关设计参数的影响,利用自主开发的FOI程序对Mather型放电室结构下的等离子体层加速过程、焦点形成过程进行二维磁流体力学仿真,得到了与美国Livermore国家实验室可见光实验图像相似的结果。同时,研究了装置的不同充气气压、电流幅值、阳极半径和阴阳极间隙对等离子体层轴向加速过程和箍缩效果的影响。计算结果表明,等离子体层会以一定的弧度沿径向压缩气体,这是引起腊肠不稳定现象的原因之一;等离子体层的轴向运动速度与装置充气压力的平方根成反比,与施加的电流成正比,与装置的阳极半径成反比;增大电流的同时需要延长装置阳极的长度,使箍缩发生在电流达到峰值的时刻;阴阳极间隙的大小对等阳极附近离子体层的轴向运动过程影响不大。
聚合物真空绝缘子表面二级微结构
霍艳坤, 刘文元, 何亚姣, 柯昌凤, 蔡利兵, 白现臣, 程军
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230423
[摘要](9) [HTML全文](3) [PDF 5575KB](0)
摘要:
为研究绝缘子表面二级微结构的耐压提升机制,将表面二级微结构拆分为两种子结构,也即是表面微孔结构与表面微槽结构,并通过复合材料制备、激光处理、酸液选择性腐蚀等方式制备出表面二级微结构与相应的两种子结构。对三种结构分别进行沿面耐压性能测试,结果表明表面微孔与表面微槽均能有效地提升绝缘子的真空沿面耐压性能,而二者组合形成的表面二级微结构能够进一步提升绝缘子的真空沿面耐压性能。该结果表明通过将表面结构进行合理的组合能够实现对绝缘子表面闪络发展的多重、协同抑制,进一步提升绝缘子的真空沿面耐压水平。
基于PFN-Marx技术的紧凑型重频脉冲功率源
伍友成, 冯传均, 付佳斌, 戴文峰, 曹龙博
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230354
[摘要](23) [HTML全文](7) [PDF 2409KB](6)
摘要:
本文针对低磁场相对论磁控管高功率微波器件实验驱动需求,对基于脉冲形成网络(PFN)储能的高功率脉冲产生技术进行了研究。为了使其结构紧凑且具有较好的输出脉冲波形,设计了半环形PFN脉冲形成单元,两个半环形带状PFN与一体化开关、绝缘盘组成圆环形高压脉冲产生模块。PFN脉冲形成单元由13个陶瓷电容与半环形金属电极板构成,多个高压脉冲产生模块同轴层叠,所有开关导通后各模块PFN串联放电,产生快前沿高功率方波脉冲,再通过对触发开关和充电电源的同步控制实现重频工作。采用电磁仿真软件对PFN物理结构进行优化设计,研制的高压脉冲产生模块充电51 kV在负载8.5 Ω上输出电压峰值49.6 kV、脉冲半高宽108 ns、脉冲前沿14 ns、平顶(90%~90%)74 ns,具有较好的方波特性;11个高压脉冲产生模块层叠集成为1个22级紧凑PFN-Marx装置,在充电51 kV的条件下,84 Ω负载上获得峰值516 kV的高电压脉冲输出,半高宽104 ns、平顶63 ns、脉冲前沿11 ns,实现了20 Hz连续15 s重频稳定工作,输出波形完全一致。
荧光靶历史图像数据存储系统设计与实现
吴汉楠, 岳敏, 马涛, 张玮, 张洁
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230413
[摘要](13) [HTML全文](3) [PDF 4652KB](0)
摘要:
针对兰州重离子研究装置(HHIRFL)荧光靶历史图像数据存储系统所产生的数据不断递增和历史数据检索速度慢的问题,构建了基于MongoDB数据库的荧光靶历史图像数据存储系统。为了能够保存和观测分析荧光靶束流图像,搭建了基于EPICS的历史数据归档系统获取荧光靶图像过程变量(PV)数据,用MongoDB数据库分片技术对所得数据进行存储,通过Django框架完成图像的转化和Web页面的实现,并在系统中应用了图像分类算法,提高了数据读写的速率。该系统在HIRFL上可以稳定获取、存储、观测荧光靶束流历史图像,为束流分析、调束工作提供了便利。
高功率高效率开口波导阵列天线设计与实验
魏溢宏, 李相强, 苏奕宇, 张健穹, 王庆峰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230421
[摘要](18) [HTML全文](5) [PDF 6863KB](1)
摘要:
针对研究具有高功率容量、高效率和低剖面特性的阵列天线的应用需求,提出并设计了一种高功率容量高效率开口波导阵列天线。该天线由紧凑型1分16路波导功率分配网络、4×4矩形开口波导单元和陶瓷密封罩组成,通过设计开口波导尺寸、在开口波导表面加载E面金属栅条,使得辐射口面的电场分布更为均匀,提高了单元辐射增益。采用阶梯匹配结构实现了波导功率分配网络输出端口到开口波导单元口面的尺寸变换,同时提高了系统的阻抗带宽。加载在阵面上的陶瓷罩可使天线内部处于真空状态,提高了天线的功率容量。针对X波段高功率阵列天线的应用需求,优化设计了一个中心频率为9.5 GHz的16单元开口波导阵列,仿真结果表明其在9.25~9.65 GHz范围内口径效率均大于90%,反射系数均小于-13.9 dB。对天线进行了加工测试,测试得到的天线反射曲线和中心频率下的辐射方向图与仿真结果吻合良好,中心频率下天线增益为21.7 dBi。天线整体剖面高度为中心频率处波长的2倍,仿真得到的真空中功率容量为40 MW,具有高功率容量、高效率和低剖面的特点。
亚纳秒重频脉冲信号源设计与实验
冯传均, 戴文峰, 徐乐, 王传伟, 付佳斌
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240022
[摘要](18) [HTML全文](6) [PDF 6385KB](2)
摘要:
亚纳秒前沿、数百伏幅度、近似高斯单周波的重频窄脉冲信号源在超宽带探测、电磁兼容测试等领域有着十分广泛的应用。设计了一种全固态Marx电路结构型重频脉冲信号源,选用云母电容、雪崩三极管、贴片电阻、电感等元器件,根据信号输出要求优化印制电路板(PCB)布局及微带线结构,调整匹配电路元件参数,在50 Ω电阻负载上获得了脉冲峰值约1 kV、脉宽约650 ps、前沿约450 ps、后沿约700 ps的单极性负脉冲信号,脉冲波形前后沿相似且光滑陡峭,实现了10 kHz重频输出,波形峰值抖动和半高宽抖动均小于10%。
Ricker脉冲功率合成方法及辐射效率
谢继杨, 蒋正, 魏召唤, 杨宏春
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230285
[摘要](16) [HTML全文](4) [PDF 2086KB](0)
摘要:
针对时域天线辐射效率低的问题,对Ricker脉冲展开了研究。首先指出Ricker脉冲具有较高的中心频率,对提高天线的辐射效率大有裨益。然后从时延量精确控制出发,阐述了产生Ricker脉冲的功率合成方法。设计了一款单极脉冲源并采用锐化电容法优化了其下降沿,并以该单级脉冲源为基础,设计了一款峰峰值为5.1 kV,主峰半峰值脉宽为350 ps的Ricker脉冲源,其中心频率为0.5 GHz。为了验证以上分析的正确性,针对全金属的时域天线,提出了一种计算辐射效率的简便方法,并利用设计的Ricker脉冲和具有相同脉宽的单极脉冲来激励相同的天线。结果表明,单极脉冲的幅度辐射效率只有60%左右,而Ricker脉冲可以达到80%以上;单极脉冲的功率辐射效率不到40%,而Ricker脉冲则可以提高到60%以上。推导出合成高阶高斯脉冲最优延时的理论公式,提出了一种计算全金属类天线时域辐射效率的简便方法。利用Ricker脉冲做为激励信号,大幅提升了天线的辐射效率,大大减小了发射系统被反射功率损坏的风险,同时对天线小型化有着重要意义,在诸如探地雷达、高功率微波源等时域应用中具有广泛的应用前景。
脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布规律
包涵春, 关银霞, 王世强, 唐诗雅, 李超, 郭亚逢
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230422
[摘要](20) [HTML全文](9) [PDF 4719KB](2)
摘要:
为探究大气压脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布特性,采用同轴双环等离子体射流反应器,在外施脉冲激励驱动下,研究各活性粒子在不同电离段的特征峰相对强度沿轴向空间的变化规律。结果表明:在脉冲激励等离子体射流所有测量点位均能检测到NO、OH、N2、N2+、He等活性粒子特征峰,其中以OH、N2、N2+粒子所对应的发射光谱谱带及特征峰较为显著;在高压电极和接地电极之间的电场驱动电离段,活性粒子NO、OH、N2活性粒子的特征峰相对强度在靠近高压电极和接地电极区域较高,而在在两电极中间的区域相对强度较低,不同激发能级He、N2+特征峰相对强度沿气流方向逐渐降低;在接地电极至反应器管口的半开放离子激发段,活性粒子NO、OH以及不同能级N2、N2+、He特征峰的相对强度轴向分布呈现出随着气流方向逐渐降低的趋势;在反应器管口至等离子体射流末端区域的开放离子激发段,活性粒子OH、NO与不同能级He特征峰的相对强度轴向分布随气体流动方向逐渐减弱,不同能级N2、N2+特征峰的相对强度呈现出先增后减的规律,为脉冲驱动等离子体射流能量传递过程与反应机理的深入研究提供支撑。
小型闪光X射线机的研究进展综述
胡汉鹏, 黄亚琪, 张珍铭, 张修路, 袁长迎
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240020
[摘要](30) [HTML全文](14) [PDF 16124KB](8)
摘要:
闪光X射线照相常用来拍摄高速运动物体的内部结构与流体动力学行为,也逐渐拓展到工业探伤、精密系统状态检测等领域。概述了小型闪光X射线机的研究历程与进展,包括Marx发生器、脉冲形成线、快脉冲直线型变压器、高压变压器4种主要技术路线与开关、X射线二极管2种关键元器件,讨论了小型闪光X射线照相系统的研究现状,探究了国外成熟的商业小型X光机与国内商业产品的不足,分析了小型闪光X光机将来的发展趋势,为小型闪光X射线机的研发和商业普及探索提供参考。
蒙特卡罗模拟中物理模型对质子硼俘获治疗剂量学的影响
吴骏翔, 邓力源, 何贞岑, 孙钊, 胡智民
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240019
[摘要](33) [HTML全文](12) [PDF 1895KB](8)
摘要:
比较了蒙特卡罗(MC)软件Geant4中不同物理过程对质子硼俘获治疗(PBCT)的剂量学影响。选取Geant4中FTFP、QBBC和QGSP三种物理过程,构建包含质子硼核反应的质子剂量沉积的模型,比较了80 MeV质子束选取三种物理过程在有无硼时的剂量分布,以及3 MeV质子束轰击纯硼时的核反应产物数据。三种物理过程在有无硼时水模体中的剂量分布无显著差异,一致性较好。FTFP物理过程获得的质子硼核反应产物与QBBC和QGSP物理过程相比差异较大。而QGSP物理过程得到的α粒子的产额、平均能量和能量范围与QBBC物理过程相比与实际情况吻合更好。综合评估三种物理过程中使用的非弹性散射模型以及模拟得到的核反应产物数据,Geant4中的QGSP物理过程更适用于PBCT的MC模拟研究。
多光源照射下目标图像实时生成方法
张玉双, 谢晓钢, 苏华, 王锐, 张飞舟
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230442
[摘要](19) [HTML全文](12) [PDF 1658KB](2)
摘要:
由于地理位置、太阳、大气环境等因素限制,无法获取空间目标在各种姿态、光照条件、特别是激光、太阳和背景光共同作用下的实际成像。提出一种多光源照射下目标图像实时生成方法。该方法基于计算机图形学中纹理映射思想,采用现代图形显卡编程技术和帧缓存对象特性,在GPU(Graphics Processing Unit)端采用着色器语言实现多光源作用下目标亮度值高效计算和真实感增强;采用开源三维图形引擎OSG(Open Scene Graph)支持多种格式三维模型文件,提高与国产麒麟操作系统及常用战场态势显示软件的兼容性。仿真实验验证了该方法的有效性和优越性。
一种角向传输线B-dot标定平台的设计
张信军, 罗维熙, 呼义翔, 尹佳辉, 周文渊
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230341
[摘要](20) [HTML全文](12) [PDF 3287KB](2)
摘要:
基于感应电压叠加器感应腔角向传输线电流探头离线标定的需求,设计了离线标定平台。离线标定平台为平板传输线结构,与在线标定相比,对标定信号的畸变更低。分析了跨平台标定误差的来源,并针对性提出降低误差的措施。分析表明,安装偏心与探头纵向安装深度是跨平台标定误差的最大来源,需要在工程设计中重点关注。实际建立了离线标定平台并开展误差分析,得到跨平台标定误差3.3%的结果。
大规模激光相干合成主动相位控制技术研究进展
周宏冰, 张昊宇, 李敏, 冯曦, 谢亮华, 刘玙, 楚秋慧, 闫玥芳, 陶汝茂, 林宏奂, 王建军, 颜立新, 景峰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230426
[摘要](55) [HTML全文](14) [PDF 32277KB](18)
摘要:
大规模激光相干合成是突破单口径激光特性极限、获得超高峰值/平均功率、超大脉冲能量、超高空/谱亮度等极端特性激光的有效技术路径之一,而大规模激光相干合成的关键是主动相位控制。主动相位控制技术可以对各路光束相位进行主动控制,补偿相位噪声引起的相干特性退化、合成效率下降,获得高品质的合成激光。自相干合成技术提出以来,研究人员开发了多种主动相位控制方法用于相干合成相位校正,其中适用于大规模激光相干合成的主动相位控制方法也得到了飞速发展。系统梳理了大规模激光相干合成的主动相位控制方法,深入分析了不同方法的原理、特点、适用场景和扩展能力,介绍了不同方法取得的相干合成研究最新进展及标志性成果,首次报道了19通道闭环上升时间仅6 μs的相干合成锁相控制突破性结果,最后总结和展望了主动相位控制方法的发展趋势。
激光自适应光学系统可靠性改进效果评估
贾启旺, 李新阳, 甘永东, 马瑞浩, 梅月, 斯那卓玛
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230436
[摘要](26) [HTML全文](14) [PDF 1084KB](4)
摘要:
随着自适应光学技术在激光领域的发展,工程上以经典自适应光学(AO)系统为基础,增加了多种基于软件监测和硬件保护的改进措施以保证激光AO系统稳定连续出光。面对结构复杂度提升带来的可靠性挑战,如何构建系统失效模型对激光AO系统可靠性进行评估,成为影响激光AO系统发展的重要一环。本文以激光光稳净化AO系统为例,提出使用动态故障树方法对激光AO系统可靠性进行评估,根据设备间动态关系建立动态故障树(DFT),结合厂家信息、疲劳寿命试验与历史数据估计得到底事件失效率,使用二元决策图和马尔可夫模型求解得到DFT的可靠性参数。使用DFT分析增加改进措施的AO系统可靠运行时间,结果相对于基本故障树获得了十倍以上的提高。实际系统调试期间,在预计的可靠运行时间内未发生自因故障,与DFT估计结果一致。验证了应用DFT方法评估增加改进措施后的激光AO系统可靠性更准确。
高精度固态调制器绝缘栅双极晶体管驱动电路研制
石秀倩, 何大勇, 李飞, 甘楠, 牟雅洁, 李京祎
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240031
[摘要](54) [HTML全文](27) [PDF 11053KB](13)
摘要:
加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的性能直接影响IGBT的开关特性,最终影响脉冲电压质量,尤其是驱动电路的导通抖动指标,这是影响脉冲电压精度的关键因素之一。根据加法器式固态调制器中IGBT的工作特性,以提高脉冲电压精度为目标,对驱动电路进行研究。分析了开关抖动对输出电压精度的影响,介绍了设计原理,研制了驱动电路板,并利用放电模块对其工作性能进行了实验测试。测试结果表明,该款驱动电路的导通抖动为300 ps,相比1 ns的商用驱动电路抖动压缩至1/3,在1 kV充电电压下,放电模块在0.5 Ω的负载上放电,形成上升时间为500 ns、导通抖动峰峰值在5 ns以下的脉冲电压,当发生退饱和故障时,驱动电路能够在4 µs时间内关断IGBT,该款驱动电路满足高精度固态调制器的工作要求。
基于多孔介质方法的钠冷快堆冷却剂沸腾现象模拟
惠天宇, 佟立丽, 曹学武
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230408
[摘要](22) [HTML全文](17) [PDF 1914KB](3)
摘要:
基于两流体六方程模型针对钠的气液两相分别构建守恒方程,采用蒸发冷凝模型表征两相质量交换,分别使用显式和隐式处理方法对蒸发冷凝模型进行计算,同时考虑了Sobolev阻力模型、两相对流换热模型以及相间动量交换等本构关系,开发了适用于模拟钠冷快堆冷却剂沸腾的多孔介质分析方法,利用KNS-37失流实验L22工况数据进行了对比验证,并利用L29工况流量数据验证模型的适用性。结果表明,所建立的钠沸腾多孔介质分析方法可以对钠冷快堆沸腾现象较好地模拟,预测沸腾发生时间在6.3 s左右,与实验相差0.2 s,温度和流量的总体变化趋势与实验数据吻合较好。
用于激光照明的荧光粉@SiO2气凝胶复合发光材料的制备与发光性能研究
冯杰, 高燕, 朱家艺, 毕于铁, 任洪波
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240010
[摘要](17) [HTML全文](14) [PDF 10730KB](3)
摘要:
通过溶胶-凝胶法成功制备了Tb3Al5O12 (TAG) 荧光粉。热分析数据证实,增加H3BO3摩尔比会导致最终相的转变温度降低。同时,通过扫描电镜观察到,H3BO3摩尔比的提高会导致荧光粉颗粒尺寸增大。在激发波长为275 nm的条件下,发射光谱在480~650 nm范围内出现了由Tb3+的5d→4f跃迁产生的多个发射峰。然后通过物理掺杂和超临界干燥工艺成功制备了荧光粉@SiO2气凝胶复合发光材料。与荧光粉相比,荧光粉@SiO2气凝胶复合发光材料的内量子产率显著增加,可达63.64%。采用波长为355 nm的激光源激发荧光粉@SiO2气凝胶复合发光材料,可实现长距离无导线方式发光,并具有良好均匀性。以上结果证明了荧光粉@SiO2气凝胶复合发光材料在激光应急照明领域具有潜在的应用前景。
高功率小型化波导E面异频功率合成器的设计
苏奕宇, 李相强, 魏溢宏, 张健穹, 王庆峰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230433
[摘要](25) [HTML全文](21) [PDF 11482KB](4)
摘要:
为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求,提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理,通过采用过模矩形波导E面合成的形式,使两个波导滤波器相互平行,两个输入端口相互平齐,以满足特定应用场景的需求。同时,通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制,并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距,在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2 λ,宽度为1.5 λ,高度为2.8 λ(λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长)。仿真结果表明,该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB,合成效率大于98%,输入端口之间的隔离度大于20 dB,在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下,功率容量为310 MW。
超宽带薄型频率选择表面吸波体设计
李希, 王东俊, 张袁, 赵翔, 闫丽萍
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230443
[摘要](26) [HTML全文](15) [PDF 7803KB](5)
摘要:
设计了一种新型集总电阻加载超宽带薄型频率选择表面(FSS)吸波体。该吸波体使用单层单谐振FSS损耗层结构,具有厚度薄、宽带吸波且极化稳定的特点。FSS损耗层单元结构采用非单元中心对称轴集总电阻加载方法,并结合非均匀金属导带宽度和圆顶枝节加载设计有效拓宽了吸波带宽。该吸波体的等效电路分析及全波仿真结果均表明该结构在6.0~26.77 GHz频段内对电磁波吸波率能够达到90%,相对带宽达到126.8%。该吸波体总厚度为0.086λLλL为吸波频段最低频率对应波长),仅为Rozanov理论极限厚度的1.09倍。对该吸波体进行加工与测试,实测结果与仿真结果一致,验证了设计的有效性。
连续激光载波同步系统的慢漂抑制
贾燕庆, 杜应超, 黄文会
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230353
[摘要](27) [HTML全文](16) [PDF 1640KB](2)
摘要:
高精度同步系统是加速器产生高品质束流的关键因素之一,基于清华大学已有的连续激光载波同步系统,对不同接收端之间参考微波信号相位差的长时漂移,即同步系统慢漂进行了研究,提出了一种基于接收端参考微波信号幅值的EOM偏置电压控制方法抑制慢漂。采用该方法后,清华大学甚高频光阴极电子枪测试平台L波段(1 300 MHz)同步系统慢漂被抑制到10.45 fs@24 h,清华大学汤姆逊散射装置(TTX)S波段(2 856 MHz)同步系统慢漂被抑制到10.53 fs@24 h,并且该方法可以使整套同步系统工作于室温环境,有效的提高了同步系统对工作环境温度的适应性。
基于神经网络特征线提取的飞机位姿识别方法研究
陈长俊, 唐丹, 杨浩, 游安清, 潘旭东
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240032
[摘要](36) [HTML全文](21) [PDF 6016KB](5)
摘要:
为实现复杂情况下的飞机位姿识别,提出了基于神经网络特征线提取的位姿识别新方法。该方法利用3D模型进行图像渲染,通过添加背景形成数据集,为提高算法鲁棒性进行了数据集增强。特征线提取模型采用卷积神经网络提取目标深度特征,利用热力图获取飞机特征线。结合飞机特征线、飞机3D模型以及n线透视方法解算目标位姿。该方法建立的飞机特征线提取模型,在复杂背景下准确率约为91%。叠加了各类噪声后,准确率为84%。飞机位姿通过EPnL算法与非线性优化进行求解。在目标背景复杂的情况下,实验得到的平均预测角度误差约为0.57°,平均预测平移误差约为0.47%。图像叠加各类噪声后,得到的平均预测角度误差约为2.11°,平均预测平移误差约为0.93%。本文提出的飞机位姿识别方法在复杂背景、各类噪声影响下可以较精准的预测飞机位姿,应用场景更加广泛。
深度学习在波前重构与波前预测中的研究进展
邱从攀, 刘国栋, 张大勇, 胡流森
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230430
[摘要](40) [HTML全文](15) [PDF 19076KB](8)
摘要:
深度学习技术与自适应光学技术的结合,预期能够有效提升波前校正效果,并能更好地应对更复杂的环境条件。详细梳理了在波前重构技术和波前预测技术方向上应用深度学习的研究进展,包括研究者在这两个研究方向中所采用的具体研究方法以及相应的神经网络结构设计,同时分析了这些神经网络在不同实际应用场景下的性能表现,并对不同神经网络结构之间的差异进行了比较和讨论,探究了结构差异所带来的具体影响。最后,总结了深度学习在这两个方向上的已有方法,并就未来深度学习与自适应光学技术如何深度融合的发展趋势进行了展望。
高频纳秒脉冲调制器的分立磁耦合驱动器设计
陈磊, 李国超, 张戈, 朱才会, 邱剑, 赵晖, 刘克富
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230306
[摘要](28) [HTML全文](12) [PDF 2531KB](5)
摘要:
随着高压纳秒固态脉冲发生器在生物、工业和环境等领域的应用日益广泛和深入,脉冲波形、电压幅值、脉冲持续时间、脉冲重复频率等参数已成为特定脉冲功率应用所需的基本可控变量。为了进一步减小电源的体积、降低成本,提出一款以正极性Marx为主电路,多个脉冲变压器为核心驱动器,具有纳秒级前沿高重复频率的高压纳秒脉冲调制器。提出的驱动器结构紧凑,无需提供多路隔离供电的驱动电源,可以在高重复频率下实现两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)的栅极电压快速同步上升和下降,获得百纳秒以内、幅值可控的栅极驱动电压。不仅最大脉宽不受磁芯饱和的限制,而且负偏置电压使开关管可控关断,同时一定程度上避免了电流流过MOSFET米勒电容而引起的寄生导通,提高了电路工作的可靠性。此外,研究了不同匝数和磁芯材料对驱动波形的影响。搭建了一台14级脉冲调制器样机,测试结果表明,基于该驱动器下的调制器输出电压和脉宽都连续可调,具有改变脉冲轮廓的能力,最大输出电压可达5.5 kV,宽度100 ns~50 ms,最小上升时间约18 ns,连续重复频率100 kHz。
基于LC串联谐振的高压恒流充电电源设计
江进波, 徐林, 罗正, 杨文, 唐铭, 姚延东, 陈锐
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230295
[摘要](55) [HTML全文](27) [PDF 4453KB](34)
摘要:
LC串联谐振式高压恒流充电电源能够实现电容器的高效快速充电,且具有较好的抗负载短路能力,在高重频脉冲功率系统中具有广阔的应用前景。充电电源的效率是决定系统重频运行能力的重要因素,提高效率是目前高压电容器充电电源设计的首要目标。根据LC串联谐振电路的工作原理,分析可知电源工作模式、逆变桥的开关频率以及高频变压器的分布参数是影响LC串联谐振电源效率的主要因素。针对功率为10 kW、输出电压为40 kV的直流电源,计算主电路参数并利用Pspice建立了电路模型验证其准确性,采用软开关技术减小开关损耗,设计了分布参数较小的高频变压器进一步提高效率,并在此基础上完成了电源整体结构设计。最后测试了电源的充电特性,结果表明该电源可将0.1 µF电容器在37 ms内充电至39.5 kV,其充电效率为87.1%。
脉冲放电破岩等离子体通道长度预测方法
刘毅, 廖洪彬, 程晋, 李柳霞, 林福昌, 赵勇
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230432
[摘要](45) [HTML全文](22) [PDF 3001KB](22)
摘要:
针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题,构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数,提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型,采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解,模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数,利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级,且两者的相对误差小于10%,为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。
MORPHY程序在铅冷快堆中的应用
李金洲, 张滕飞, 何东豪, 潘清泉, 刘晓晶
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230357
[摘要](36) [HTML全文](22) [PDF 39621KB](13)
摘要:
铅冷快堆在燃料增殖和核废料处理方面的优势明显,针对欧洲铅冷系统(ELSY),基于“两步法”,使用蒙特卡罗软件产生少群组件参数,经过截面修正后,传递给确定论程序MORPHY进行堆芯计算。分析截面修正处理、角度展开阶数对计算精度的影响,量化比较ELSY堆芯的有效增殖因数、归一化通量水平以及控制棒组的控制棒价值。对于不同算例,采用输运修正和中子倍增效应修正,堆芯计算采用S4阶展开条件下,有效增殖因数偏差最大为38×10−5,控制棒价值计算偏差在45×10−5之内,归一化中子通量密度最大绝对偏差为9.73%,平均绝对偏差在2%以内,初步验证MORPHY程序在铅冷快堆物理分析中具备可行性。
孔形对基于硅微通道阵列的CsI:Tl闪烁屏性能影响的模拟
赵子锋, 王国政, 郝子恒, 张妮, 戈钧, 杨继凯
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230424
[摘要](52) [HTML全文](33) [PDF 4002KB](14)
摘要:
使用Geant4程序模拟了微孔形状对基于硅微通道阵列的CsI:Tl像素化X射线闪烁屏性能的影响。模拟的闪烁屏性能参数包括:闪烁光子数、底光输出、传输效率、n次全反射占比、调制传递函数(MTF)与空间分辨率的关系。模拟过程中设定微孔的形状分别为方形和圆形,两种孔形的微通道阵列周期相同,均为10 μm。模拟结果显示:方形微孔的闪烁光子数优于圆形微孔,闪烁光子数正比于微孔横截面积;闪烁屏厚度小于400 μm时,方形微孔的底光输出优于圆形微孔,厚度大于400 μm时,圆形微孔的底光输出优于方形微孔;圆形微孔的传输效率优于方形微孔;厚度为40和200 μm的方形微孔闪烁屏空间分辨率优于相同厚度的圆形微孔闪烁屏。制备了方形微孔的CsI:Tl闪烁屏样品,测量了其MTF与空间分辨率的关系,当MTF为0.1时,空间分辨率为22.6 lp/mm。
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大功率高能脉冲激光电源设计
李贺龙, 徐健, 杨之青, 宋家豪, 吴周宇, 汤义辉, 赵爽, 丁立健
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240045
[摘要](32) [HTML全文](14) [PDF 3469KB](5)
摘要:
根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求,设计了一种大功率脉冲激光电源,可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。前级充电网络采用串联LC谐振变换器,后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。最终,研制了1台7 kW实验样机,最大重复频率10 Hz,最高充电电压2.2 kV,可实现单脉冲最高700 J电能输出,满足大功率高能脉冲输出的应用需求,实验测试结果验证了设计的可行性。
辉光放电触发重频伪火花开关研究
丁闻婧, 冯进军, 张明, 杨鸿飞
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240036
[摘要](25) [HTML全文](19) [PDF 2984KB](5)
摘要:
伪火花开关是工作在帕邢曲线左支的低气压开关,具有纳秒级击穿时间、百千安级脉冲电流、工作寿命长等特点。具有高重频性能的伪火花开关民用领域以及军事领域均有广泛的应用需求。基于双脉冲辉光放电触发结构,设计出一种具有重频能力的伪火花开关;在10 kV阳极电压下进行了整管测试,观察不同气压,预、主触发电压对重频性能以及触发性能的影响;结合仿真软件计算不同气压与触发电压下,触发电流的变化,最终总结了两个脉冲对触发过程的影响。测试结果表明,最低仅100 V触发电压,开关重复频率即可从沿面放电触发的100 Hz提升至400 Hz。
氢闸流管工作特性研究
赵言昊, 饶波, 杨勇, 俞豪俊, 张明
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240040
[摘要](27) [HTML全文](16) [PDF 1578KB](3)
摘要:
实验研究了氢闸流管的工作特性以及均压处理的优化效果。实验发现加热电压对氢闸流管的工作特性影响较大,在不出现自放电的前提下,使用更高的加热电压能够获得更好的导通性能。触发脉冲的差异以及不同的阳极电压对氢闸流管的导通性能基本无影响。采用电阻对氢闸流管进行均压,能够使其电压分布更加均匀,并且对自放电现象有一些改善。该研究为氢闸流管的使用提供了参考。
氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线的kHz重频脉冲功率源
谌怡, 黄子平, 张篁, 刘毅, 丁明军, 夏连胜
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230420
[摘要](21) [HTML全文](14) [PDF 8548KB](3)
摘要:
闪光X射线摄影技术在军事和民用等多个领域具有重要场景。针对重频直线感应加速器高重频的要求,提出了基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线的脉冲功率源方案,设计和研制了一种三同轴电缆,研究了氢闸流管的导通特性,搭建了氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源的验证平台,开展了kHz重频脉冲功率源实验研究,以及kHz重频脉冲功率源驱动重频感应腔的实验研究,结果表明:基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源实现了波形品质优异的kHz重频方波脉冲输出。
基于级间自触发Marx电路的高压阻尼振荡发生器
陈玉峰, 王庆峰, 李相强, 张健穹
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230360
[摘要](57) [HTML全文](26) [PDF 2776KB](22)
摘要:
为了增大输出电压的同时减小高压阻尼振荡发生器的体积和降低其成本,建立了一种4×4级间自触发Marx结构的阻尼振荡发生器模型。该模型每级的主开关采用基于电容触发方式的串联IGBT模块,只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断,通过级间电容实现对相邻级放电管的栅极自动充电和放电,使其导通和关断。该模型提高了Marx单级的工作电压和简化了每级的驱动电路,并且通过加入缓冲电路,解决开关管动态、静态均压问题。基于这种拓扑结构搭建了一台高压阻尼振荡发生器样机,在电感负载上输出16 kV、振荡频率1 MHz的阻尼振荡波形,波形上升时间约为75 ns,重复频率500 Hz。样机体积小巧、工作稳定,验证了该方案的可行性。
脉冲激励下铁基纳米晶磁芯的Jiles-Atherton模型参数辨识及应用
江进波, 李毅, 曹宇, 蔡宛辰, 姚延东, 徐林
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230363
[摘要](26) [HTML全文](9) [PDF 1596KB](2)
摘要:
通过理论分析对经典J-A方程进行了修正,增强了其在脉冲条件下的适应性,利用脉冲磁化特性实验平台,测量了铁基纳米晶磁芯在不同磁化速率下的磁滞回线,采用遗传算法进行脉冲激励下的J-A参数辨识,将算法模拟的磁滞回线与实验测试的磁滞回线数据集进行拟合,验证了修正后的J-A方程的有效性,最后将遗传算法寻优得到的J-A参数应用于脉冲变压器场路耦合模型的磁芯J-A参数定义中,分析脉冲变压器初级电压为1.5 kV时的仿真与实验误差,得到脉冲变压器输出波形的脉冲前沿误差为3.33%,幅值误差为2.91%,相比于J-A参数的常规非线性求解方法精度更高,能更好地应用于脉冲功率系统中含磁性元件的建模仿真。
LD端面泵浦Tm:SrF2电光调Q激光器
吴广, 张振, 王韬, 季来林, 崔勇, 高妍琦, 隋展
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230140
[摘要](62) [HTML全文](31) [PDF 1155KB](12)
摘要:
高掺杂浓度的Tm3+增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率,但同时也会增加能量上转换带来的损耗,从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF2晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管(LD)端面泵浦下,实现最大功率2.99 W的自由运转输出,激光器的泵浦阈值为0.89 W,中心波长1851 nm,斜效率高达82.1%。采用KTP电光调Q开关演示了Tm:SrF2激光器的电光调Q输出特性。在500 Hz重复频率下,获得了1.02 mJ的最大单脉冲能量,泵浦阈值为2.01 W,最短脉冲宽度为45 ns,对应峰值功率为22.67 kW。实验结果表明,基于LD泵浦的Tm:SrF2激光器具有非常高的效率,有望成为中红外光学参量振荡器(OPO)和光学参量放大器(OPA)的理想泵浦源。
Si-GDP结构和力学性能的反应分子动力学模拟
黄保生, 杨武, 易勇, 毕鹏
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230316
[摘要](38) [HTML全文](13) [PDF 2601KB](5)
摘要:
构建了硅掺杂辉光放电聚合物(Si-GDP)模型,采用反应力场分子动力学模拟(ReaxFF MD)探讨了硅含量、碳氢比及密度对其杂化碳键合与力学性能的影响。研究结果表明:随着硅含量增加,聚合物中sp3C含量增加,趋向于形成一个大分子,同时小分子种类和数目减少,促进了碳硅原子成键并抑制端基CH3生成,进而提高材料力学性能;随着氢含量的增加,sp3C和端基CH3比例增加,生成的端基CH3降低了分子间交联程度,进而降低了材料力学性能,而分子基团数目变化不明显;随着密度的提升,聚合物中sp2C比例提升明显,sp3C比例有少量提升,分子基团数目变化不大,密度主要通过提升sp2C比例提升材料力学性能。研究结果为评估和理解硅掺杂辉光放电聚合物的结构和力学性能提供了新的视角和方法。
小型脉冲功率发生器的电路方法与实践
江伟华, 德地明, 须贝太一, 余亮, 冯昱, 庄龙宇, 任小晶, 杨钧翔
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240053
[摘要](72) [HTML全文](21) [PDF 13721KB](19)
摘要:
基于实用的观点综述性地归纳了小型脉冲功率发生器的主要电路方法,从电路的储能原理和电压叠加到开关单元设计及控制信号的产生技术。以作者的实际工作内容为主,用具体的电路实例介绍了几种脉冲功率电路的基本结构和主要结果。这些电路包括:电容储能Marx发生器,电感储能Marx发生器,混合储能Marx发生器,电容储能直线型变压器驱动器(LTD)和电感储能LTD。
基于RTP晶体的271 cm−1拉曼频移五阶斯托克斯激光
王京, 金鑫鑫, 王严毅, 王鸿雁, 李志红, 段延敏, 朱海永
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.240004
[摘要](26) [HTML全文](13) [PDF 999KB](8)
摘要:
报道了端面泵浦被动调Q激光驱动RbTiOPO4晶体拉曼实现271 cm−1频移高阶斯托克斯激光输出。采用Nd:YAG与Cr4+:YAG键合设计来降低腔内的损耗,并使激光系统更紧凑,从而提升腔内光子功率密度,有利于拉曼频移向高阶斯托克斯激光转换。设计不同频移的一阶斯托克斯激光对应在不同腔内振荡,利用与基频光模式匹配的差异来抑制687 cm−1频移的一阶斯托克斯激光,最终获得较纯的271 cm−1频移的五阶斯托克斯激光输出。在泵浦功率8.1 W下,获得了平均输出功率230 mW的1244 nm波长激光,对应的脉冲宽度和重复频率分别为2.9 ns和11.7 kHz。1 244 nm波段的激光正好与水中OH−1吸收峰对应,在地表植被和行星水含量的检测等领域有重要的应用。
预电离间隙在不同气体介质中的正负极性击穿特性
王艺, 郭帆, 陈志强, 贾伟, 王戈飞, 石凌, 谢霖燊, 吴刚, 吴伟
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230392
[摘要](38) [HTML全文](24) [PDF 2141KB](18)
摘要:
针对自触发预电离开关在不同电压等级下应用不同气体介质的需要,以及在双边驱动电磁脉冲模拟器中加载正负极性脉冲的需求,研究了预电离间隙在N2、N2/SF6混合气和SF6中正负极性下的击穿特性。研究了不同介质中间隙的击穿电压和时延随气压的变化规律,对比了正负极性下的间隙击穿特性。研究结果表明,在本文实验条件下,预电离间隙在N2中的击穿过程相对更为稳定,且N2中击穿电压随气压变化线性度最佳。相比N2和混合气,间隙击穿电压仅在SF6中随气压增大呈现饱和趋势。在一定气压范围内,N2中负极性下的击穿电压略高于正极性,混合气和SF6中负极性下的击穿电压明显高于正极性,间隙的击穿过程具有一定的极性效应。相比混合气和N2,间隙在SF6中的击穿电压绝对差值和击穿时延绝对差值都相对较高,为减小双边自触发预电离开关的同步时延差,应首选N2为预电离间隙的绝缘介质。在工程应用中需考虑极性效应和不同气体介质对预电离间隙击穿特性的影响。
适用于光导开关触发的V/N气体开关设计与验证
宋雨辉, 王凌云, 周良骥, 刘宏伟, 张东东, 陈林, 袁建强, 邓明海, 谢卫平, 高彬, 王瑞杰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230347
[摘要](45) [HTML全文](29) [PDF 6606KB](23)
摘要:
为了满足多路精确同步触发开关要求,将光导开关(PCSS)与V/N气体开关结合,可充分发挥PCSS低触发阈值、低抖动和光电隔离以及V/N气体开关工作电压高、带载能力强等优势。两种开关结合的核心是V/N气体开关结构参数与PCSS触发回路的参数匹配。分析计算了V/N气体开关的结构电容、触发回路振荡参数、开关电场分布等,研究了V/N气体开关的结构电容与PCSS、串联电感等构成的振荡回路的匹配关系,通过实验获得了V/N气体开关自击穿电压曲线、导通延迟时间以及不同欠压比下的延迟时间抖动等,初步验证了适用于PCSS触发的V/N气体开关设计。
MV级真空绝缘堆考核实验平台研制及其应用
周亚伟, 呼义翔, 杨实, 何德雨, 尹佳辉, 罗维熙, 张信军
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230410
[摘要](44) [HTML全文](32) [PDF 1502KB](19)
摘要:
为解决绝缘堆真空沿面闪络的问题,研制了面向脉冲功率装置应用的真空绝缘堆耐压考核实验平台,建立了绝缘堆考核实验平台等效电路模型,分析了真空绝缘堆环间闪络对绝缘堆电压的影响。基于该平台开展了三种材料绝缘堆的真空沿面耐压考核实验,验证了真空绝缘堆考核实验平台的实用性与可靠性。该工作的开展为脉冲功率装置真空绝缘堆的工程化研制提供参考,同时为新型绝缘材料的应用研究提供考核实验平台。
高重复频率猝发多脉冲加载下交联聚苯乙烯真空沿面闪络特性
黄子平, 李远, 邓旭, 李逢, 李欣
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202436.230337
[摘要](43) [HTML全文](34) [PDF 2976KB](20)
摘要:
基于高重复频率强流多脉冲加速器的应用需求,针对交联聚苯乙烯(XLPS)材料在猝发多脉冲下的真空沿面闪络特性开展了实验研究。采用放置于平板电极中的XLPS圆台样品,在脉宽120 ns的单个脉冲和间隔500 ns的三脉冲加载下开展了真空沿面闪络实验,通过对实验平台和实验规范的优化设计,有效提升了实验效率和数据有效性,观测到了样品发生真空沿面闪络前的试样电压顶降现象和前序脉冲闪络对后续脉冲的显著影响,获得了XLPS材料在相应条件下真空沿面闪络的统计数据。在实验基础上,对XLPS材料在高重复频率多脉冲加载下的真空沿面闪络特性进行了分析,为高重复频率多脉冲加速器的绝缘设计提供了实验依据。
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《强激光与粒子束》2024年36卷第4期封面目录
《强》刊编辑部
[PDF 341KB](57)
电磁防护与应用
电磁防护技术发展综述与展望
毋召锋, 徐延林, 刘培国, 查淞
2024, 36: 043001.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230375
[摘要](371) [HTML全文](115) [PDF 7532KB](130)
摘要:
针对复杂电磁对抗环境中电子信息装备面临的强电磁环境威胁以及防护加固需求,对强电磁防护技术的发展现状进行了综述,并提出了强电磁系统级综合防护的发展展望。强电磁防护是为了保证电子信息装备在强电磁环境中免受损伤或损毁的技术手段,从电磁波的耦合途径分析了当前电磁防护的重点和难点,然后分别以限幅器技术、频率滤波技术、能量选择防护技术三个方面对前门防护技术的发展现状进行了分析总结,最后从新型屏蔽材料和防护器件两个方面对新型电磁防护技术进行了展望,并从前后门一体防护、场路一体防护、多域联合防护三个角度对系统级电磁防护进行了总结,为电子信息装备在复杂电磁环境下的电磁防护加固设计提供了支撑。
多避雷针系统接闪器布设优化方法研究
万浩江, 陈亚洲, 潘晓东, 卢新福
2024, 36: 043002.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230338
[摘要](63) [HTML全文](19) [PDF 1207KB](25)
摘要:
针对多避雷针系统接闪器布设过于依赖工程经验的问题,基于最小成本原则,以多接闪器的高度和安装位置为优化变量,建立了多避雷针系统接闪器布设的优化模型,提出了基于遗传算法的多避雷针系统接闪器布设优化方法,通过典型设计案例对所提优化设计方法的有效性进行了验证。结果表明:该方法对多接闪器位置和高度优化设计的偏差不大于0.29 m;在该方法获得的接闪器位置和高度最优解条件下,预设的防护对象能够完全处于避雷针系统的保护范围之内,且防护对象与保护范围边界的最小间距不大于0.71 m,能够完全满足工程使用的需求。
微小型无人飞行器电磁屏蔽效能等效测试方法
金祖升, 李建轩, 施佳林, 张勇, 李国林
2024, 36: 043003.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230261
[摘要](111) [HTML全文](56) [PDF 1376KB](32)
摘要:
微小型无人飞行器的屏蔽效能对其抗外部强电磁干扰能力有显著影响。针对微小型飞行器物理空间小、屏蔽效能难以测量的困难,提出一种基于扩比模型的等效获取方法,将原模型等比例扩大n倍得到扩比模型,利用常规屏蔽效能测试方法和测试仪器测量得到扩比模型的屏蔽效能,再根据扩比模型和原模型屏蔽效能的关系得到原模型的屏蔽效能。以巡飞弹和四旋翼无人机两种典型微小型飞行器为例进行了仿真,结果表明原模型在频率f处的屏蔽效能等于扩比模型在频率f1=f/n处的屏蔽效能,验证了该方法的正确性。在此基础上,总结提出了基于扩比模型的等效测试流程,为微小型飞行器屏蔽效能的测试提供了一种可行的测试方法。
一种C波段雷达接收机防护技术研究
刘彬, 张海嫚, 王旭, 陈冬伟, 陈思
2024, 36: 043004.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230267
[摘要](133) [HTML全文](33) [PDF 1907KB](54)
摘要:
随着战场环境日益复杂,尤其是高对抗环境下,对现有各类装备均产生了极大威胁。设计了一款C波段雷达接收机保护器,采用充气微波开关管+波导同轴转换的结构设计,创新性地提出将固态限幅器芯片融合在波导同轴转换内部,限幅芯片采用级联的形式,提高了微带限幅器的承受功率。实现接收机保护器耐受功率10 MW以上,响应时间5 ns以内,不仅可用于雷达发射期间接收机防护,还可应对外部电磁干扰、高功率微波攻击。
电磁干扰多通道时域快速测量与信号计算方法
李建轩, 朱倪瑶, 金祖升, 陈锐, 张晓, 施佳林
2024, 36: 043005.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230246
[摘要](75) [HTML全文](21) [PDF 929KB](33)
摘要:
针对复杂电磁环境和复杂大型系统电磁干扰测量参数、测量点位及测量工况多的特点,采用传统扫频式频域测量方法具有代价高、耗时长等现实问题,提出了一种低频电磁干扰的多通道时域快速测量与信号计算方法,并研制出低频电磁干扰多通道时域快速测量系统,实验验证表明提出的测量、计算方法和研制出的测量系统可以准确得到复杂电磁环境和大型系统的低频电磁干扰特性,且测量速度快、成本低。
车辆发动机管理系统线缆强电磁脉冲耦合与防护仿真研究
祝挺, 付华芳, 杨国超, 余祖念
2024, 36: 043006.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230327
[摘要](126) [HTML全文](56) [PDF 7998KB](33)
摘要:
强电磁脉冲可通过外部线缆耦合进入车辆发动机管理系统(EMS)内,造成发动机管理系统设备干扰甚至损伤,电磁防护组件可为车辆EMS防护设计提供支撑。以车辆EMS为研究对象,综合考虑EMS设备及其外部连接线缆,建立EMS设备电磁仿真模型,对不同长度线缆的端口耦合特性及EMS金属壳体表面感应电流进行了仿真研究。基于防护电路仿真,设计了一种应用于车辆EMS设备的电磁防护组件。仿真结果表明,该防护组件能将5 kV的电磁脉冲限制在最高峰值幅度为18 V以内,防护效能达到48 dB,将其加装于EMS线缆接口处可有效提高强电磁环境下的可靠性,对于车辆平台控制系统的电磁防护设计具有一定的参考意义。
航空发动机电子控制器的高强辐射场干扰及防护
肖国松, 刘家豪, 马振洋, 史春蕾
2024, 36: 043007.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230320
[摘要](115) [HTML全文](41) [PDF 3359KB](39)
摘要:
针对航空发动机电子控制器(EEC)易受高强辐射场(HIRF)干扰问题,以ZF-M600型EEC为研究对象,通过三维电磁仿真软件CST对EEC建模并进行平面波辐照仿真,模拟HIRF对EEC的干扰效应,仿真结果表明,HIRF可以通过孔缝耦合进入EEC内部并在腔体内部产生谐振,谐振频率处电场强度显著增加。依据RTCA DO-160G在400 MHz~4 GHz开展EEC辐射敏感度试验,试验结果表明:EEC失效频点为2.40 GHz和3.48 GHz,敏感模块为模拟量输入输出模块,敏感现象为模拟量数据丢失。EEC失效频点与谐振频率接近, 说明EEC失效与腔体谐振有关,在EEC内部贴装吸波材料并进行仿真,分析吸波材料的放置方式和厚度对EEC谐振电磁干扰强度的影响,仿真结果表明,贴装吸波材料可以有效抑制谐振电磁干扰。
效应、试验与评估
典型后门耦合目标回波信号特性分析
冯溪溪, 赵景涛, 曹垒
2024, 36: 043008.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230272
[摘要](77) [HTML全文](41) [PDF 5373KB](34)
摘要:
构建了典型后门耦合目标,从时域和频域两个维度对目标进行了回波特性仿真,发现目标的孔缝-腔体结构出现强耦合时回波频域波形可观察到幅度凹坑,且强耦合频率时的回波时域波形呈双峰状,与非强耦合回波存在明显差异。通过改变后门耦合目标尺寸和形态仿真验证了所发现的回波信号特征规律,利用发现的回波信号特征规律可从回波信号中提取出未知目标腔体后门强耦合微波参数。
光频梳下变频信号光纤延时频率恢复方法
王天恒, 谢树果
2024, 36: 043009.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230358
[摘要](47) [HTML全文](23) [PDF 5520KB](17)
摘要:
针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映射关系,利用该映射关系可以从测得的相位差计算出信号的原始频率。分析了时延值等参数对频率恢复的影响,估计了该方法对相位测量不确定度的限值要求,最后给出了该方法具体实施方案中关键参数的设置策略。所有下变频信号的相位差可以通过快速傅里叶变换等数据处理一次性得出,因此该方法的时间代价和计算成本几乎不随着信号个数增加而增加。在不考虑下变频信号混叠的情况下,本文所提出的方法在理论上对处理信号的数量没有限制,因此相比于已有的光频梳下变频信号频率恢复方法,在多信号频率恢复方面更具有优势。
典型光电系统强电磁脉冲耦合分析与加固方法
刘文聪, 梁圆龙, 黄贤俊, 徐延林, 姚理想, 文奎, 田涛, 刘培国
2024, 36: 043010.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230321
[摘要](79) [HTML全文](33) [PDF 2095KB](37)
摘要:
随着电磁环境的日益复杂,电子设备面临的电磁威胁愈加严峻。光电系统作为高灵敏集成化电子设备,强电磁脉冲能量耦合进入系统内部,影响防护能力本就薄弱的光电系统的正常运行。为明晰典型光电系统强电磁耦合过程,通过仿真分析不同强电磁辐照条件下筒型、侧窗型和多窗口型三种典型光电系统的强电磁耦合情况,提取了光电系统强电磁耦合特征及其制约因素,验证了光电系统进行强电磁防护加固的必要性和紧迫性。为解决光电系统强电磁防护能力薄弱的问题,通过仿真分析,验证了透明电磁防护窗口的强电磁加固效能;开展了基于支撑台阶与导电侧壁的电磁缝隙防护加固方法研究,分析了透明防护窗口缝隙耦合泄露的关键安装结构参数,提出了一种非电接触式装配缝隙强电磁防护加固方法。经测试,当缝隙防护结构长度为6 mm时,在0.2~4 GHz频率范围光电系统平均强电磁防护效能提升4.51 dB。研究结果为光电系统强电磁防护能力提升提供了理论指导和具体解决方案。
基于集成光学的兆伏每米强脉冲电场传感器研制
石跃武, 陈伟, 聂鑫, 王伟, 苗建国, 吴伟, 陈志强, 谢霖燊, 吴刚, 贾伟
2024, 36: 043011.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230249
[摘要](108) [HTML全文](41) [PDF 1551KB](26)
摘要:
针对兆伏每米(MV/m)强脉冲电场的测量需求,设计并研制了基于集成光学的共路干涉仪(CPI)小体积宽带脉冲电场传感器。基于电光效应及电光调制原理,建立了传感器的幅度和频率响应传递函数,分析了集成光学探头的接收特性,并推导了探头灵敏度和带宽随波导长度的关系。设计了适用于MV/m量级脉冲电场测量的纯光学非金属CPI传感器,提出了利用晶体宽度对测量灵敏度调控的方法,使得设计的半波电场提高了2倍以上。研制的无源探头体积小于20 mm×10 mm×5 mm、理论带宽大于4 GHz、最大测量幅度大于1.2 MV/m。研制的传感器在高空电磁脉冲(HEMP)、雷电电磁脉冲(LEMP)及脉冲功率等领域具有应用前景。
基于TEM喇叭的电磁脉冲辐射天线优化设计
周星, 芦艺兵, 赵敏, 王平平
2024, 36: 043012.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230367
[摘要](75) [HTML全文](24) [PDF 4938KB](27)
摘要:
针对TEM喇叭天线终端反射大、低频辐射效率低的问题,对其进行了仿真优化设计。采用时域分析方法,分析了端部加载电阻与背部加载电阻的低频补偿方法,对TEM喇叭天线的尺寸、极板顶角等结构参数进行了优化,采用末端卷边结构,提升了辐射场的峰值场强与脉宽。根据仿真优化结果,研制了长度2.5 m、天线极板间张角45°、天线极板顶角45°的TEM喇叭天线,通过实测验证了仿真结果。结果表明,加载电阻可以有效降低反射,背部加载电阻方式的峰值场强和脉宽比端部加载电阻高,且采用4个电阻并联加载的效果较好;适当增加天线长度、极板顶角以及极板间夹角可以提高天线辐射性能。该研究结果为TEM喇叭天线在辐射式核电磁脉冲试验系统的应用提供了参考。
基于变分模态分解和自动编码器的PIN二极管温度特性预测
张洋, 周扬, 张泽海, 阳福香, 葛行军
2024, 36: 043013.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230237
[摘要](77) [HTML全文](41) [PDF 1157KB](30)
摘要:
提出融合变分模态分解(VMD)和自编码器的预测方法,将温升特性曲线分解成若干个子信号分量,其中包含高频的波动量、中间量和低频的趋势量,然后利用自编码器对每个分量进行预测,最后将分量的预测值相加,从而实现对PIN二极管温升特性曲线的精准预测。通过与多种机器学习方法的对比验证了结合VMD分解可有效提升预测精度,同时也验证了自编码器在特性曲线拟合上的优势。
边界形变互耦混响室屏蔽效能测试系统性能评估
王平平, 程二威, 周星, 张怡
2024, 36: 043014.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230345
[摘要](73) [HTML全文](34) [PDF 1238KB](30)
摘要:
混混响室复杂强电磁环境下开展材料屏蔽效能测试是电磁防护领域的研究热点。研究边界形变互耦混响室屏蔽效能测试系统性能,开展了动态范围、电场分布特性和不确定度三个方面的试验验证,结果表明:在实际测试中,测试结果小于60 dB即为可信测试值;在1~10 GHz频段内,互耦混响室发射室的空间电场标准偏差小于3 dB,接收室的空间电场标准偏差小于2 dB,满足国际、国内相关标准要求,场均匀性良好;测试系统的扩展不确定度为5.90 dB,可以作为材料屏蔽效能测试平台使用。
飞机及分系统雷电效应标准及测试浅析
陈功, 蒋东, 王奇福, 曾世超, 王风
2024, 36: 043015.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230384
[摘要](44) [HTML全文](17) [PDF 557KB](20)
摘要:
对国内外关军用及民用飞机平台、分系统及设备雷电标准进行分析,针对雷电直接效应和雷电间接效应的所有测试项目,详述每个测试项目的适用区域、波形要求、测试配置等。结合现有国内雷电设计验证标准及测试存在的不足,提出提升测试设备与试验验证技术匹配性、扩展军用标准测试领域、统一同军种同一平台要求等建议。通过对军用机载平台、设备及分系统关于雷电设计验证标准及测试的分析,为相关产品设计师及试验人员提供设计指标参考,明确产品关于雷电防护的设计要求及验证要求,做到有的放矢,提高设计费效比。
电磁频谱作战与电磁安全
基于压缩残差网络的雷达辐射源识别方法研究
郭恩泽, 刘正堂, 崔博, 刘国彬, 史航宇, 蒋旭
2024, 36: 043016.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230119
[摘要](185) [HTML全文](81) [PDF 1946KB](30)
摘要:
针对低信噪比条件下,现有的雷达辐射源信号识别方法存在识别正确率低、时效性差的问题,提出了一种基于压缩残差网络的雷达辐射源信号识别方法。首先,利用Choi-Williams分布的时频分析方法将时域信号转换为二维时频图像;然后,根据应用场景特点,选择卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)“压缩”范围;最后,构建压缩残差网络来自动提取图像特征并完成分类。仿真实验结果表明,在同等体量的设计下,与当前较为常用的标准CNN以及ResNet模型相比,所提模型能够降低信号识别运行时间约88%,在信噪比为−14 dB条件下对14种雷达辐射源信号的平均识别率高约5%。提供了一种高效的雷达辐射源信号智能识别方法,具有潜在的工程应用前景。
大视场龙伯透镜电磁成像超分辨算法
杨美玲, 谢树果, 张申达, 冯荣光, 杨燕
2024, 36: 043017.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230383
[摘要](58) [HTML全文](24) [PDF 15077KB](24)
摘要:
现有的反射面电磁成像系统体积庞大,无法满足机载、车载、无人机等应用平台要求。针对此类问题,研究了龙伯透镜的结构特性和成像特性,设计了大视场龙伯透镜电磁成像系统,利用空不变成像特性进行超分辨图像处理,实现了快速、大视场、宽频带、高分辨电磁辐射源分布成像。计算了口径300 mm带球核分层龙伯透镜参数,仿真了4~18 GHz龙伯透镜焦弧面场强分布,验证了龙伯透镜空不变的成像特性及其超分辨算法的有效性。实验对比了抛物反射面电磁成像系统和本文龙伯透镜电磁成像系统的体积、成像范围、源数目和分辨率,结果证明了本文系统的优越性,同样分辨率下,达到了方位角及俯仰角均为40°的大视场范围。
基于融合特征的泄漏信号分类识别方法
寇云峰, 戴飞, 赵治国, 吕剑明, 马谢
2024, 36: 043018.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230186
[摘要](267) [HTML全文](61) [PDF 8634KB](19)
摘要:
随着移动通信、物联网、车联网、工业互联网等网络的发展,电磁环境日益复杂,非法电子设备也日渐增多,各类信号耦合互调现象严重,这给泄漏信号类型识别带来了难题。提出基于融合特征的泄漏信号分类识别方法,综合运用高维度特征提取方法和图形化降维表征方法,结合残差网络等深度学习模型与特征融合分析方法,能够更综合地区分多类电磁泄漏信号,特征抗噪声鲁棒性高,方法可解释性好,可支撑基于电磁信号类型识别的辐射源智能检测工程应用。
基于重要区域定位与掩码的射频指纹可视化分析
刘文斌, 范平志, 杨佳煌, 李雨锴, 王钰浩, 孟华
2024, 36: 043019.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230380
[摘要](74) [HTML全文](34) [PDF 17466KB](18)
摘要:
针对时域脉冲信号样本的射频指纹提取与深度学习模型的可解释性,提出了一种基于Grad-CAM的重要区域可视化呈现方法,并通过重要区域的多次掩码测试,来分析重要区域对射频指纹识别结果的影响。基于10个辐射源的信号样本,对比了层数不同的两种ResNet模型的测试结果。测试发现该方法能够区分不同类型信号并呈现个体差异。分析表明,该方法能够发现不同辐射源发送相同信号时的重要区域定位差异,能可视化反映辐射源个体特征的空间距离,以及不同模型的特征表征与指纹定位准确度差异;同时发现对重要区域的掩码更容易产生误预测,证明特定信号存在与时频特征相关的射频指纹,并可辅助可视化定位影响射频指纹样本识别的关键点。
基于VMD自适应模态重组的光学下变频信号分离方法
孙世腾, 谢树果, 宋雨杭, 濮晗春
2024, 36: 043020.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230302
[摘要](46) [HTML全文](20) [PDF 16096KB](15)
摘要:
光学下变频技术可将宽频带内全部电磁信号同时下变频到低频区间进行接收,是一种新型宽频带电磁环境快速接收技术。但是,获取的光学下变频信号中包含源个数未知、带宽不同的多种信号,现有信号分离方法需要获知源信号的个数,且无法同时分离窄带信号和宽带信号。为实现对光学下变频信号的自动分离,提出了一种基于变分模态分解(VMD)自适应模态重组的光学下变频信号分离方法。通过频谱分割因子和频谱包络检测,对光学下变频信号的VMD过分解模态进行自动重组和信号重组模态提取,实现光学下变频信号分离。对于包含普通脉冲信号、宽带码分多址(WCDMA)信号和线性调频脉冲信号的光学下变频信号,可自动实现对三种信号的分离,且与原信号的相似系数均高于0.97。实验结果表明,所提及方法在分离光学下变频信号时无需获知源信号的个数,并能同时分离具有不同带宽的多种源信号。
具有认知偏差的雷达对抗建模方法
马红光, 龙正平, 闫彬舟, 宋小杉
2024, 36: 043021.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230303
[摘要](59) [HTML全文](20) [PDF 814KB](23)
摘要:
认知偏差是认知电子战中的客观存在。基于动态博弈方法,针对认知雷达对抗过程中因不完整信息和测量误差导致的认知偏差,研究雷达对抗建模方法:以雷达抗干扰改善因子和干扰机干扰效益因子计算博弈双方的效益,采用精炼贝叶斯均衡建立动态雷达对抗模型,分析认知偏差造成的影响。仿真实验结果证明了所提方法的有效性。
建模与数值模拟
高功率微波信号对PIN限幅器温度分布的影响特性
高铭萱, 张洋, 张军
2024, 36: 043022.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230236
[摘要](175) [HTML全文](49) [PDF 3198KB](49)
摘要:
针对高功率微波波形参数对限幅器温度分布特性的影响,基于双级PIN限幅器的场路协同仿真模型对微波脉冲幅值、频率对温度分布的影响展开了仿真研究。结果表明:微波脉冲幅值、频率的提升会使双级PIN限幅器中PIN二极管的高温区域分布向P区拓展、高温区域分布范围扩大;相对而言,微波脉冲幅值对温度分布的影响更为显著,频率对温度分布的影响相对较小。
地面装备电源变换系统高低压线缆串扰仿真研究
熊瑛, 李小健, 王彪, 张莹, 杜晓琳, 聂秀丽, 王天楠
2024, 36: 043023.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230276
[摘要](164) [HTML全文](52) [PDF 7111KB](26)
摘要:
电源变换系统中功率器件如MOSFET和IGBT开关管的高速切换将产生高幅值和宽频段的电磁干扰,是电动车辆最为常见也无法避免的电磁干扰源。同时,互连线缆是机电设备传递信号和能量的载体,是实现设备功能不可或缺的组成部分,线缆的天线效应使其成为设备产生电磁干扰的主要途径,是系统电磁兼容问题的主要根源之一。为了分析高压电源变换系统对低压控制系统的电磁耦合,以某典型地面装备电源变换系统IGBT开关管产生的脉冲宽度调制波(PWM波)作为电磁干扰源,以实装线缆作为分析对象,构建高低压线缆串扰模型,仿真分析不同线缆对地距离、线缆间距条件下单线、屏蔽线、双绞线等多类低压线缆的近端串扰电压,得出低压线缆的抗干扰性,为系统线缆的布线提供指导。
神光装置辐照腔体系统电磁脉冲的数值模拟
孙会芳, 易涛, 董志伟, 周海京, 张玲玉, 余波, 刘品阳
2024, 36: 043024.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230273
[摘要](94) [HTML全文](36) [PDF 5959KB](27)
摘要:
应用三维MC程序和PIC程序,对神光装置辐照下腔体内系统电磁脉冲(SGEMP)模型进行了耦合模拟。在半高宽为2.9 ns、平均能量为10.3 keV的轫致谱X射线点源辐照下,圆柱腔内电场最大值高达2 MV/m,以轴向电场为主;磁场最大值约为0.8×10−3 T,以角向磁场为主,电磁场最大值都集中在发射面附近,以脉冲直流场为主,交流辐射场幅度较小,约在kV/m量级。考察了注量对SGEMP效应的影响,注量越高,电场沿轴向变化越快,交流辐射场占比越大。
用于高功率微波器件粒子模拟的三维柱坐标系共形网格生成技术
张磊, 翁明, 王玥, 蒋铭
2024, 36: 043025.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230299
[摘要](148) [HTML全文](50) [PDF 2413KB](21)
摘要:
基于面向对象的C++语言研制三维柱坐标共形网格生成程序,对束-场互作用器件作共形网格剖分,为粒子模拟算法提供积分线元、面元。通过定义三维柱坐标网格体系如网格步长、网格索引、守护网格层、包围盒等数据,使模型的空间信息能转换成柱坐标网格信息。将轴上网格单元作特殊处理,使粒子模拟算法形式在轴上网格和在非轴上网格上保持一致。利用射线跟踪法得到属于模型子面、模型棱边的离散边界点,接着通过拓扑关系获得模型的顶点,保存上述三类离散边界点的拓扑信息和网格信息。将构建的基础网格元与边界点信息耦合,在离散网格体系中重构模型。用该共形网格剖分技术对相对论磁控管进行剖分,能够识别该磁控管的透明阴极、阳极和谐振腔等结构。
弱导电薄层介质材料电磁耦合等效计算方法研究
鲍献丰, 李瀚宇, 周海京
2024, 36: 043026.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230370
[摘要](54) [HTML全文](21) [PDF 2265KB](19)
摘要:
面向核电磁脉冲等强电磁环境下复合材料壳体平台的电磁环境效应分析需求,根据Maxwell-Ampere定理的积分形式,分析得到了时域有限差分方法在处理弱导电薄层介质材料参数时的等效计算方法,即当介质等效波长远大于模型厚度时,可将薄层模型适当增厚,同时等比例减小其电导率,参数等效前后模型的电磁耦合特性基本相同。该方法通过等效增厚薄层材料从而实现增大空间离散步长,减少网格量的目的,不需要改变传统时域有限差分方法的时间步进格式,不会破坏计算的稳定性。无限大有耗介质薄板、薄层球体、含薄层壳体无人机电磁耦合等算例表明,在包含毫米级厚度弱导电介质薄层壳体平台的核电磁脉冲耦合模拟中,该方法具有较好的适用性。
电离辐射环境、效应与防护
无风条件下近地爆烟尘的大气γ电离辐射环境模拟
郭思禹, 程引会, 郭俊
2024, 36: 043027.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230245
[摘要](94) [HTML全文](40) [PDF 1331KB](26)
摘要:
近地爆烟尘由不同粒径尺度的放射性颗粒组成,且运动的时空尺度大。针对近地爆烟尘的大气γ电离辐射环境模拟这一难题,首先开展了γ大气辐射机理分析,进行了无风条件设定,建立了烟尘γ辐射的理论模型,其次引入和提出了相应的数值差分与积分算法,最后给出了对1 000 kt内华达近地爆烟尘在大气中的放射性活度和辐射剂量率的模拟算例,完成了一定的辐射环境时空演变规律总结与结果对比,对比发现本模型在保证活度结果一致性的同时,能计算出大气辐射剂量率的理论最大值。
基于强电磁辐照移除危险空间碎片的机理性实验研究
黄诺慈, 闫二艳, 杨浩, 鲍向阳, 刘星辰, 何琥
2024, 36: 043028.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230372
[摘要](49) [HTML全文](20) [PDF 6848KB](18)
摘要:
针对当前空间碎片数量急剧增长问题,探究基于强电磁辐照的主动清除手段的可行性,以多层隔热结构作为典型危险空间碎片模型,重点关注其电磁响应敏感的金属镀层部分,通过构建复杂多环境因素物理场,在S波段强电磁辐照和真空环境下进行了验证实验。实验结果表明,在10−3 Pa量级的真空环境下,强电磁脉冲与多层隔热结构金属镀层发生相互作用,引发放电现象并产生等离子体,同时伴随着宏观动力学特性的改变。通过观察和分析,我们探讨研究了可能的物理过程,包括强场击穿导致材料点放电、面闪络引起材料网状放电和镀层损伤、粒子吸收微波能量导致材料变形以及等离子体烧蚀引起材料损毁等。该研究为利用强电磁脉冲辐照主动移除危险空间碎片提供了重要的技术支持。
舰船舱室的早期伽马辐射屏蔽特性
柴辰睿, 郝建红, 张芳, 赵强, 范杰清, 董志伟, 薛碧曦
2024, 36: 043029.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230373
[摘要](62) [HTML全文](22) [PDF 1153KB](18)
摘要:
利用蒙特卡罗方法对早期核辐射场景下的舰船舱室屏蔽特性进行研究。使用早期伽马辐射作为辐射源,测定了舰船主体常用的HSLA-80、5456Al及FDCL-3B三种材料的质量衰减系数,并根据舰船的几何结构建立了模拟舱室模型,采用高斯展宽方法对探测器的能谱拟合处理,得到了伽马辐射下舱室内部NaI探测器的吸收能谱,并与文献中的实验结果进行了对比,验证了计算模型和计算结果的可靠性。在此基础上,以伽马防护系数为评价指标,考虑放射性同位素(单能点源)和早期伽马辐射(具有能量分布的面源)两种场景,计算分析了模拟舱室伽马辐射屏蔽的空间分布特性,结果表明:模拟舱室对不同放射性同位素的防护系数是不同的,最多可相差6.74倍(Cd-109与Cs-137);舱室不同位置的防护系数不同。舱室前端的伽马辐射剂量较大,而角落的伽马辐射剂量较小,相差35%;防护系数与伽马辐照的入射角度有关。与正入射相比,模拟舱室对斜45°入射的伽马辐射防护系数更高,可提升43%。
复杂电磁环境中的等离子体过程
加载环形等离子体束的圆柱波导中慢等离子体波高频特性的数值研究
杨温渊, 董志伟, 董烨, 周前红
2024, 36: 043030.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230275
[摘要](126) [HTML全文](48) [PDF 5266KB](21)
摘要:
等离子体相对论微波发生器(PRMG)可以产生宽带高功率微波输出,同时又具有良好的频率可调谐性,因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区,工作模式为慢等离子体波TM01模(下称P-TM01模)。P-TM01模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM01模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析,获得等离子体束密度np、径向厚度Δrp和径向位置rp以及外加引导磁场强度Bz和波导半径rw等参数对P-TM01模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括:(1)一定范围内,np 和Δrp的变化对色散特性影响较大,rpBzrw的变化对色散特性影响较小。值得关注的是,由于波导中环形等离子体束的存在,随着波导半径rw的增加,相同纵向波数kz对应的P-TM01模的频率没有降低而是略有提高。因此,在实际应用时,可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量;适当降低磁场,则有利于提高器件的紧凑性。(2)P-TM01模的纵向电场的方向不随径向位置变化,径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反,外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。(3)主要物理参数变化时,场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数Nkz相应增加,电场能量向等离子体束收拢,不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行,束波互作用的共振点最好落在kz相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。
微波脉冲大气击穿临界场强估计
杨浩, 黄诺慈, 刘星辰, 郑强林, 鲍向阳, 闫二艳
2024, 36: 043031.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230248
[摘要](138) [HTML全文](78) [PDF 653KB](33)
摘要:
针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象,研究了脉冲序列中首次击穿时的延迟脉冲数,发现其与种子电子、脉冲击穿概率以及微波场强密切相关。研究发现,微波场强可通过作用于种子电子间接影响脉冲击穿概率和延迟脉冲数,由此提出利用延迟脉冲数估计微波击穿临界场强的方法,并定义在脉冲击穿概率大于一定值时的微波临界场强作为击穿阈值。推导了脉冲击穿概率的估计公式,并对估计量的性能进行了分析,随后利用S波段微波大气击穿模拟装置开展了实验验证。实验结果表明,在一定范围内,重复频率微波脉冲击穿延迟脉冲数仅与种子电子产生率和脉宽成反比,能用于估计脉冲击穿概率,进而给出击穿临界场强。
二维片状相对论电子束到靶规律研究
高磊, 郝建红, 张芳, 赵强, 范杰清, 薛碧曦, 董志伟
2024, 36: 043032.   doi: 10.11884/HPLPB202436.230101
[摘要](168) [HTML全文](56) [PDF 1921KB](24)
摘要:
相对论电子束在理想顺磁环境下能够以较高的注量率击中靶目标,但实际情况中由于受环境的影响,相对论电子束的传输方向可能会与地磁场呈小角度偏差,因此会受到地磁场的作用产生拉莫尔进动,影响电子束的到靶瞄准以及到靶注量。基于二维片状相对论电子束,分别对相对论电子束顺磁和偏离磁场3°角两种传输情况进行仿真模拟,通过模拟束团的传输过程,分析研究了顺磁环境下不同传输距离束团到靶率的变化规律,以及偏离磁场3°角时传输过程中注量率的变化规律,为相对论电子束到靶率的预估和靶目标的瞄准提供数据参考。