基于正交电磁场的等离子体电子密度控制

正交电磁场是一种极具应用前景的降低等离子体电子密度、消除再入通信黑障的控制方法。根据离子质量与动量的守恒原理,建立了正交电磁场控制的物理模型;通过与流体力学方程的比拟,应用隐式格式实现了物理模型的稳定求解。通过数值模拟研究了正交电磁场控制装置中外加电场强度、磁场强度等参数对等离子体电子密度控制效果的影响规律,发现:在电流及磁场作用下,洛伦兹力使得电子发生漂移,导致局部电子密度下降,出现电磁窗口;电压越高、磁场越强,控制效果越好;对于相同磁场,电压较低时,电子密度减小量与电压基本成线性关系,电压超过100 V后,两者关系的非线性逐渐增强。由此,本文制造了电子密度控制原理样机,并在等离子体实验平台中进行了实验,采用发射光谱法和微波干涉法测量诊断了等离子体的电子密度变化情况,在控制区内得到了局部低电子密度区,证实了洛伦兹力作用下等离子体的漂移以及对等离子体电子密度的控制作用。

重复频率微波脉冲大气击穿延时与电离率

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脉冲击穿延时和后续脉冲击穿延时,研究结果发现首次脉冲击穿延时在脉宽范围内大致均匀分布,后续脉冲击穿延时波动性较小。根据击穿延时数据对电离率进行了分析,指出在重复频率条件下,初始电子密度较高,电子密度分布不适用指数分布,无法用延时数据标准差对电离率进行估计。提出了一种用重复频率脉冲击穿延时数据计算电离率的方法,并将计算结果与仿真结果进行了对比,结果显示,二者有较好的对应关系。

微波脉冲大气击穿临界场强估计

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。

基于强电磁辐照移除危险空间碎片的机理性实验研究

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。

Ka波段电磁波在大气等离子体中的透射特性

在大气环境模拟实验平台上,利用S波段高功率微波(HPM)击穿大气产生等离子体,开展Ka波段电磁波在等离子体中的传输特性实验研究,得到不同频率电磁波下等离子体传输衰减规律,并发现电磁波与大气等离子互作用呈现透射新颖现象:Ka频段透射增强或减弱呈振荡形式,透射增强最大增幅接近2倍,最大增强频点附近透射增强以周期性规律出现,间隔周期约为80 MHz。随着气压升高,透射增强现象仍然存在,但增强幅度随之减小。理论分析了可能引起透射增强的原因,该试验研究成果为HPM大气等离子体在隐身、黑障通信等方面的应用提供了可能。

微波腔内波混沌散射的初步研究

通过建立的微波腔模拟产生大量腔体散射矩阵和辐射散射矩阵,并转化得到归一化散射矩阵和阻抗矩阵。利用戴桑环系综对归一化散射矩阵的本征值和本征相位进行了统计分析,其本征值的模和本征相位具有统计独立性,且本征相位近似均一分布,验证了腔体中波混沌散射的存在。对数值模拟和随机矩阵理论预测得到的归一化阻抗的统计特性进行了比较,其结果基本一致,说明随机矩阵理论对归一化阻抗具有一定的预测功能。

随机耦合模型在高功率微波效应中的应用

分析了微波混沌腔体系统中关键部位感应电压的统计问题,介绍了随机耦合模型在高功率微波效应研究中的计算方法和应用,并以计算机机箱为实验系统,开展了电磁波耦合入计算机机箱腔体的电磁干扰问题研究,对其电路板上关键部位感应电压的统计计算和实验结果进行了比较,其结果基本一致。随机耦合模型在波混沌系统中感应电压的统计探讨为高功率微波效应、电磁兼容等研究提供了一种新的思路。

瞬变等离子体微波诊断初步研究

采用微波诊断技术对气压300 Pa,S波段HPM条件下形成的低温、弱电离、非均匀和强碰撞大气等离子体特性参数开展了初步诊断研究。获取了9~15 GHz连续波穿过HPM等离子体区域的透射波形,并对波形进行了归一化处理;通过不同频率微波的透射特性,假设等离子体电子数密度分布呈Epstein分布,分析了可能的电子数密度最大值。该研究成果的获取为HPM大气等离子体在隐身、阻断信息链等方面的应用提供了重要的技术支撑。

基于随机耦合模型的系统级电磁环境效应分析（英文）

通过宽频带电磁环境下计算机机箱关键部位感应电压统计分布的实验验证和基于随机矩阵理论的耦合模型的理论计算研究,给出了随机耦合模型(RCM)的应用流程和计算方法;就散射系数、归一化散射和归一化阻抗矩阵的统计特性进行了理论和实验研究,实验测量结果与理论分析结果非常一致;针对RCM的应用进行了初步分析,验证了随机耦合模型在复杂电磁环境下系统级效应分析和预测的适用性。结果证明此方法尤其适用于大型的具有非平行面封装腔体电子设备的电磁兼容、效应及评估等研究。

高功率微波孔缝击穿特性

针对微波通过封装腔体狭缝出现的共振增强效应和击穿特性开展研究,重点研究影响高功率微波辐射传输通道上的防护因素—微波击穿时间、传输能量等。研究结果表明:在微波击穿防护过程中,如果在腔体强电场区域存在自由电子,使得不存在较长的击穿时间延迟条件下,那么微波击穿将会是限制高功率微波通过狭缝进行能量传输的有效方法。

计算机机箱/电路板耦合及效应机理实验研究

为了进一步深入理解计算机后门耦合机理,开展了普通计算机机箱/电路板耦合实验研究,并和数值仿真结果进行了比对。发现实验测量结果与模拟仿真结果一致,本次实验发现:在正面垂直极化入射时,其耦合系数基本在0d B左右震荡,且出现了相对强的耦合频率点(在1GHz附近);计算机机箱内部感应电压的大小与目标的电尺寸与照射微波的波长有关。

波混沌腔体中阻抗和散射的通用特性

以计算机机箱腔体为例,开展实验得到了大量的腔体散射矩阵和辐射散射矩阵。通过Dyson圆系综验证了微波腔体中波混沌散射的存在。对于给定波混沌腔体系统的损耗,可以通过随机矩阵理论得到系统的归一化阻抗和归一化导纳。将实验得到的以及依据随机矩阵理论得到的归一化阻抗进行比较,其结果一致,说明随机矩阵理论对波混沌系统具有预测功能。实验得到的归一化阻抗和归一化导纳的统计特性也一致,这两个物理量与系统的耦合无关。

随机耦合模型在微波腔体研究中的应用

文章分析了随机耦合模型在微波腔体研究中的应用,主要介绍了该理论中重要的归一化阻抗矩阵公式和各个参量的含义,并用一个简单模型进行了举例分析;说明随机耦合模型方法在分析电磁波腔体中电磁物理量的统计特性具有重要的理论和工程意义,其在电磁兼容、高功率微波效应研究等方面具有重要的价值。

计算机机箱关键部位感应电压统计特性分析

通过基于随机矩阵理论的耦合模型,对不同频段电磁波环境中计算机机箱关键部位感应电压的统计分布进行了理论和实验分析,实验测量结果与理论分析结果非常一致。给出了随机耦合模型应用的简单例子,验证了随机耦合模型在宽频带电磁环境下系统级效应分析和预测的适用性。为电子设备(尤其大型的具有非平行面封装腔体电子设备)电磁环境效应分析提供了一种方法。

共振增强的量子效应初步研究

利用量子效应原理分析了波包在势阱中的传输,通过分类讨论得出了出现共振透射现象的条件。将其与已有高功率微波孔缝耦合的数值模拟和实验结果相比较发现:其共振条件和使用数值模拟和实验得到的共振条件基本一致,即垂直入射电场分量的缝(或边)为入射半波长的整数倍时会出现共振增强现象。不仅验证了已有的高功率微波孔缝耦合数值模拟和实验结果,而且有助于解释一些复杂电子系统高功率微波效应实验中出现的强耦合现象。

一种准光反射聚焦微波放电大气等离子体装置

设计了一种准光反射聚焦方式的微波放电大气等离子体实验装置,装置包括大气环境模拟室和微波辐射聚焦系统。辐射微波在腔室中心形成kV/cm量级的非均匀强场,击穿大气产生等离子体。通过仿真计算了腔室内的空间辐射场分布,并利用小信号传递的方式进行测量,测量结果与仿真相符,形成的等离子体形态与辐射场分布强弱一致。电磁场在聚焦区域形成驻波,等离子体出现明显分层现象。实验通过拍照记录了不同参数条件下的等离子体图样,等离子体形态随气压升高而收缩,放电区域受场强和气压共同影响。对实验结果进行分析,验证了该装置的能力。

高功率微波大气击穿阈值分析及实验

对高功率微波脉冲的大气击穿进行了理论分析和数值模拟,推导了单脉冲和重复频率脉冲两种情况下电子数密度的变化表达式通过计算给出了在不同大气压强、脉冲宽度以及重复频率的条件下,高功率微波脉冲大气击穿阈值的变化规律。设计了高功率微波大气击穿实验系统,并开展了实验研究,实验的结果与数值模拟结果基本一致。

临近空间高功率微波辐照放电试验技术

随着高功率微波技术的发展,电子设备面临强电磁辐射攻击的威胁越来越严重,对电子设备的防护加固提出了更高要求,临近空间飞行器及其放电效应是目前较少考虑的环节,且缺少相应的环境试验条件。文章提出了一种将临近空间气体环境与高功率微波电磁环境相结合的方法,在柱形真空罐内壁布置吸波材料,使用MW级S波段微波源及辐射聚焦系统在腔室中心形成强电磁辐射区,以便开展相关辐照放电试验研究。针对脉冲微波强场监测,通过光纤电场探头测量小信号连续波的方式进行等效传递,中心场强最高超过2 kV/cm。利用该试验装置可开展临近空间电子学系统在高功率微波辐照下的放电击穿研究,对薄弱环节分析及防护加固提供帮助。

西藏喜马拉雅糜棱岩和麻粒岩中的纳米级流体包裹体和熔融包裹体

通过TEM研究了西藏喜马拉雅岩体中段马卡鲁和拉轨岗日变质核杂岩中长英质糜棱岩和基性麻粒岩主要组成矿物中纳米级 (10～ 60 0nm)流体包裹体的超微构造特征 ,发现流体包裹体在寄主矿物石英中沿位错壁、亚颗粒及愈合的纳米裂隙分布 ,其相态为单相气体或液体包裹体及气 液两相包裹体 ;而辉石和长石中的流体包裹体出现气 液 固三相包裹体及熔融包裹体。观察结果表明 ,对该类流体包裹体和熔融包裹体的研究 ,能够揭示该地区变质核杂岩中流体的存在与地幔上隆、热活动、韧性剪切、岩浆活动及部分熔融的地球物理特点相对应。

铁电阴极二极管电子发射研究

讨论了阴极发射能力与极化电场之间关系 ,一般情况为指数 =3的幂指数关系 ,极化电场达到 1.6kV/mm时 ,发射电流受空间电荷限制 ,服从修正后的空间电荷限制定律 ;当极化电场 <2kV/mm时 ,发射电子的初始能量可达18.2keV ;