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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250071
摘要:
Vlasov方程是研究等离子体物理的重要方程，在高温、完全电离且忽略库伦碰撞的情况下，其数值求解方法主要有欧拉类方法和拉格朗日类方法。考虑传统数值求解方法在高精度网格条件下计算资源快速增长、维度灾难等问题，采用了基于物理信息驱动的傅里叶神经算子（PFNO）对Vlasov方程进行求解。该方法将傅里叶神经算子高维函数映射能力与Vlasov方程物理约束结合，构建了数据-物理信息驱动的深度学习框架，可提升模型在稀疏数据条件下的泛化性能，同时具有网格无关性特征。数值实验表明，该方法在保证求解精度的同时，相比传统有限元法和谱方法计算效率提升1～2个数量级，且能并行处理大批量数据。该研究为高维Vlasov动力学方程的求解提供了新思路，在惯性约束聚变、空间等离子体模拟等领域具有一定应用潜力。
Vlasov方程是研究等离子体物理的重要方程，在高温、完全电离且忽略库伦碰撞的情况下，其数值求解方法主要有欧拉类方法和拉格朗日类方法。考虑传统数值求解方法在高精度网格条件下计算资源快速增长、维度灾难等问题，采用了基于物理信息驱动的傅里叶神经算子（PFNO）对Vlasov方程进行求解。该方法将傅里叶神经算子高维函数映射能力与Vlasov方程物理约束结合，构建了数据-物理信息驱动的深度学习框架，可提升模型在稀疏数据条件下的泛化性能，同时具有网格无关性特征。数值实验表明，该方法在保证求解精度的同时，相比传统有限元法和谱方法计算效率提升1～2个数量级，且能并行处理大批量数据。该研究为高维Vlasov动力学方程的求解提供了新思路，在惯性约束聚变、空间等离子体模拟等领域具有一定应用潜力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250161
摘要:
高能同步辐射光源（HEPS）快轨道反馈控制系统（FOFB）用于HEPS储存环的轨道反馈控制。针对FOFB系统的调试需求研制了一套用于FOFB测试的束流信号模拟发生器，其包含四路信号且幅值独立可调的输出端口，可实现在实验室无束流条件下对真实束流探测器（BPM）信号的模拟输出。该信号发生器具有结构简单、造价低和重复稳定性高等优点，简化了FOFB系统的调试过程。研制工作围绕该脉冲信号发生器展开，详细介绍了其硬件电路设计方案并给出了测试结果。
高能同步辐射光源（HEPS）快轨道反馈控制系统（FOFB）用于HEPS储存环的轨道反馈控制。针对FOFB系统的调试需求研制了一套用于FOFB测试的束流信号模拟发生器，其包含四路信号且幅值独立可调的输出端口，可实现在实验室无束流条件下对真实束流探测器（BPM）信号的模拟输出。该信号发生器具有结构简单、造价低和重复稳定性高等优点，简化了FOFB系统的调试过程。研制工作围绕该脉冲信号发生器展开，详细介绍了其硬件电路设计方案并给出了测试结果。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250098
摘要:
X/γ射线照射电子系统屏蔽盒时会穿透盒体在各层系统表面或内部产生光电子或康普顿电子，并激励起电磁脉冲，这些粒子或电磁场将干扰甚至损伤盒内电子系统的敏感电子元器件，影响电子系统的正常工作。为快速评估受射线照射下的电子系统内部粒子和电磁环境及其效应，理论分析了屏蔽盒腔体内初级粒子激励的电磁脉冲与PCB的场路耦合及射线直接多层穿透耦合这两种作用机制下产生的辐照响应，构建了其等效电路模型并验证了可行性，进而利用该模型对产生的效应电流进行了计算。在此基础上，利用该计算建模方法研究分析了对PCB采用涂覆绝缘防护层和进行接地两种保护措施后的PCB系统辐照效应的变化规律。为研究电子系统屏蔽盒的辐射效应提供了一种较为完整的直观理论计算方法，其可以在不采用模拟仿真软件的前提下实现对电子系统辐射效应的计算分析，并可推广至更广泛的场景。
X/γ射线照射电子系统屏蔽盒时会穿透盒体在各层系统表面或内部产生光电子或康普顿电子，并激励起电磁脉冲，这些粒子或电磁场将干扰甚至损伤盒内电子系统的敏感电子元器件，影响电子系统的正常工作。为快速评估受射线照射下的电子系统内部粒子和电磁环境及其效应，理论分析了屏蔽盒腔体内初级粒子激励的电磁脉冲与PCB的场路耦合及射线直接多层穿透耦合这两种作用机制下产生的辐照响应，构建了其等效电路模型并验证了可行性，进而利用该模型对产生的效应电流进行了计算。在此基础上，利用该计算建模方法研究分析了对PCB采用涂覆绝缘防护层和进行接地两种保护措施后的PCB系统辐照效应的变化规律。为研究电子系统屏蔽盒的辐射效应提供了一种较为完整的直观理论计算方法，其可以在不采用模拟仿真软件的前提下实现对电子系统辐射效应的计算分析，并可推广至更广泛的场景。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250122
摘要:
为实现脉冲驱动源的紧凑化，研制了基于PFN-Marx的高功率脉冲驱动源。7级PFN-Marx采用单级性脉冲充电方式，有利于PFN-Marx内部结构以及Tesla变压器的紧凑化设计；采用锂电池供电的高功率恒流充电电源给Tesla变压器的初级电容充电，供电电源体积小且灵活可移动；PFN各级充电回路电感相同，脉冲充电波形完全同步，模块化结构设计，可以灵活增加驱动源的模块数提高输出功率。脉冲驱动源输出单脉冲能量为45.6 J，在75 Ω负载条件下输出脉冲幅值为−189.2 kV、脉宽93.2 ns、前沿为8.4 ns的准方波脉冲，功率为477 MW。锂电池充电及控制电源的体积为482 mm×443 mm×177 mm，重量为12.6 kg。Telsa变压器及PFN-Marx发生器集成化设计后的体积为ϕ370 mm×848 mm，重量为28.7 kg。此驱动源样机为更高功率更高性能脉冲驱动源的紧凑化设计提供了参考。
为实现脉冲驱动源的紧凑化，研制了基于PFN-Marx的高功率脉冲驱动源。7级PFN-Marx采用单级性脉冲充电方式，有利于PFN-Marx内部结构以及Tesla变压器的紧凑化设计；采用锂电池供电的高功率恒流充电电源给Tesla变压器的初级电容充电，供电电源体积小且灵活可移动；PFN各级充电回路电感相同，脉冲充电波形完全同步，模块化结构设计，可以灵活增加驱动源的模块数提高输出功率。脉冲驱动源输出单脉冲能量为45.6 J，在75 Ω负载条件下输出脉冲幅值为−189.2 kV、脉宽93.2 ns、前沿为8.4 ns的准方波脉冲，功率为477 MW。锂电池充电及控制电源的体积为482 mm×443 mm×177 mm，重量为12.6 kg。Telsa变压器及PFN-Marx发生器集成化设计后的体积为ϕ370 mm×848 mm，重量为28.7 kg。此驱动源样机为更高功率更高性能脉冲驱动源的紧凑化设计提供了参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250149
摘要:
高功率雷达广泛应用于国防、监视和航空航天等重要领域，但其较高的峰值功率和宽频谱特性可能对邻近频段的通信系统造成非预期的干扰。其中，线性调频（LFM）信号是高功率雷达最常用的信号形式，因此，开展LFM信号对通信系统的干扰特性研究具有重要意义。为明确LFM信号关键波形参数对正交相移键控（QPSK）调制通信系统的干扰效应并揭示其干扰规律，基于软件定义无线电（SDR）搭建QPSK调制通信系统，以误差矢量幅度（EVM）为统一度量指标，定量分析了脉宽、脉冲周期和调频带宽三个关键波形参数对QPSK调制通信系统的干扰影响。结果表明：线性调频脉冲的占空比增大会显著提高EVM值，但当占空比超过30%后，EVM增速趋于稳定；在相同占空比条件下，脉冲周期变化对通信系统EVM的影响不显著；调频带宽从1 MHz增至3 MHz时，通信系统的EVM由−10.5 dB降至−19.8 dB，降幅达9.3 dB；进一步将带宽由3 MHz增加至10 MHz，EVM基本保持恒定。基于SDR平台搭建了高功率微波（HPM）雷达信号对通信系统干扰的定量分析实验系统，开展了多波形参数条件下的干扰测试与分析，揭示了LFM信号对QPSK调制通信系统的潜在影响，为雷达与通信频谱共存及通信系统抗干扰设计提供了实验依据与理论支撑。
高功率雷达广泛应用于国防、监视和航空航天等重要领域，但其较高的峰值功率和宽频谱特性可能对邻近频段的通信系统造成非预期的干扰。其中，线性调频（LFM）信号是高功率雷达最常用的信号形式，因此，开展LFM信号对通信系统的干扰特性研究具有重要意义。为明确LFM信号关键波形参数对正交相移键控（QPSK）调制通信系统的干扰效应并揭示其干扰规律，基于软件定义无线电（SDR）搭建QPSK调制通信系统，以误差矢量幅度（EVM）为统一度量指标，定量分析了脉宽、脉冲周期和调频带宽三个关键波形参数对QPSK调制通信系统的干扰影响。结果表明：线性调频脉冲的占空比增大会显著提高EVM值，但当占空比超过30%后，EVM增速趋于稳定；在相同占空比条件下，脉冲周期变化对通信系统EVM的影响不显著；调频带宽从1 MHz增至3 MHz时，通信系统的EVM由−10.5 dB降至−19.8 dB，降幅达9.3 dB；进一步将带宽由3 MHz增加至10 MHz，EVM基本保持恒定。基于SDR平台搭建了高功率微波（HPM）雷达信号对通信系统干扰的定量分析实验系统，开展了多波形参数条件下的干扰测试与分析，揭示了LFM信号对QPSK调制通信系统的潜在影响，为雷达与通信频谱共存及通信系统抗干扰设计提供了实验依据与理论支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250138
摘要:
针对精确评估目标高功率微波后门耦合效应困难的问题，本文以典型金属腔体为对象，提出“强耦合区域覆盖率”指标，采用时域有限差分法（FDTD）建立仿真模型，分析了高功率微波波形参数对后门耦合效应的影响。研究发现：腔体固有谐振频率下强耦合覆盖率显著高于非谐振频率；脉冲宽度增至特定值时，谐振频率下覆盖率趋于稳定；极化角从水平向垂直变化时，覆盖率有显著变化；叠加不同谐振频率可填补非强耦合区域空白，进一步提高覆盖率；脉冲前沿对覆盖率影响较小。该研究可为高功率微波后门耦合效应机理及参数优化提供关键技术支撑。
针对精确评估目标高功率微波后门耦合效应困难的问题，本文以典型金属腔体为对象，提出“强耦合区域覆盖率”指标，采用时域有限差分法（FDTD）建立仿真模型，分析了高功率微波波形参数对后门耦合效应的影响。研究发现：腔体固有谐振频率下强耦合覆盖率显著高于非谐振频率；脉冲宽度增至特定值时，谐振频率下覆盖率趋于稳定；极化角从水平向垂直变化时，覆盖率有显著变化；叠加不同谐振频率可填补非强耦合区域空白，进一步提高覆盖率；脉冲前沿对覆盖率影响较小。该研究可为高功率微波后门耦合效应机理及参数优化提供关键技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250160
摘要:
Background Purpose Methods Results Conclusions
Traveling-wave tubes (TWTs) are widely applied in radar, imaging, and military systems owing to their excellent amplification characteristics. Miniaturization and integration are critical to the future of TWTs, with multi-channel slow-wave structures (SWSs) forming the foundation for their realization in high-power vacuum electronic devices.
To provide design insights for multi-channel TWTs and simultaneously enhance their output power, a W-band folded-waveguide TWT with dual electron beams and H-plane power combining was proposed.
Three-dimensional electromagnetic simulations in CST were conducted to verify the high-frequency characteristics, electric field distribution, and amplification performance of the proposed SWS, thereby confirming the validity of the design.
Results indicate that the designed TWT achieves a transmission bandwidth of 10 GHz. With an electron beam voltage of 17.9 kV and a current of 0.35 A, the output power reaches 450 W at 94 GHz, corresponding to an efficiency of 7.18% and a gain of 23.5 dB. Moreover, under fixed beam voltage and current, the TWT delivers over 200 W output power across 91–99 GHz, with a 3 dB bandwidth of 91–98.5 GHz. The particle voltage distribution after modulation further validates the mode analysis.
These results demonstrate the feasibility of compact dual-beam power-combining structures and provide useful guidance for the design of future multi-channel TWTs.
