微波谐振腔放电击穿特性与发射光谱分析

针对航天器通信系统中微波部件放电过程中的检测问题,开展对微波部件放电击穿的实验研究,以特殊设计的微波谐振腔为对象,研究从微放电到低气压放电的过渡过程中击穿特性的变化,考虑三种背景气体类型,采用全局检测和光学局部检测相结合的方式进行测试。结果发现,在100~1000 Pa的压强范围内,放电的击穿阈值均呈现先减小后增大的趋势,背景气体为氮气和空气,击穿阈值在400~500 Pa时达到最低水平,放电发生时产生的发射光谱较为相似,较为明显的发射谱线强度出现在氮气的第二正带系337.1 nm处。此外,由于背景环境中含少量的水蒸气,在314 nm处的OH自由基强度也较为明显。分析得出气体压强可改变粒子生成与消耗路径并对等离子体中各粒子的浓度大小产生影响。而氧气环境下的最低击穿阈值在600~700 Pa,同时整体发射光谱强度较低,仅能观测到704.2 nm和777.5 nm处氧原子的跃迁,进一步分析OH对氧气放电过程的影响,经过水浴处理后再次进行氧气的测试过程,结果并没有出现显著变化,表明在一定的压强范围内,水分子的存在对氧气的电离过程产生影响较小。

基于Back-n白光中子实验装置的SRAM翻转截面测量

本文主要研究静态随机存取存储器(static random-access memory,SRAM)的单粒子效应翻转截面的测量方法。基于宽能谱白光中子束流,采用了一种操作更方便的SRAM翻转截面测量方法。在SRAM前面放置聚乙烯中子慢化材料改变入射到SRAM表面上的中子能谱,利用模拟计算得到改变后的中子能谱。利用奇异值分解法求解翻转率的矩阵方程得到SRAM的翻转截面。结果表明在4~15 MeV的能量范围内,使用反角白光中子源测试的SRAM翻转截面信息和参考文献中使用单能中子源测试拟合的SRAM翻转截面信息基本吻合。

微带电路无源互调干扰问题综述

无源互调(PIM)干扰是微波射频电路面临的主要可靠性问题之一,随着微波射频电路小型集成化发展,微带电路无源互调效应研究开始受到工业界和学术界广泛关注。研究微带电路无源互调机理、评估和抑制方法,对于制备小型化、高可靠性微波射频电路具有重要价值。与腔体部件相比,微带电路的非线性往往是分布的,且与基材选择、制造工艺和器件结构等方面都有重要关系,因此研究难度更大。近年来虽然关注微带电路互调的研究越来越多,但依然难以直接指导微带电路的实际设计。基于此,本文系统论述了近年来微带电路无源互调领域的研究情况,包括非线性机理、仿真建模以及测试诊断等方面,为未来更深入地研究微带电路无源互调效应提供参考。

高温SiC器件及其集成电路在空间电子领域应用展望

金星、火星等行星空间探索对航天器电子学系统耐高温、抗辐照、抗腐蚀性等提出了严峻挑战。极低温电子学和高温电子学是近年来深空探索中的强烈需求。文章主要阐述高温SiC集成电路的起源,数字、模拟和功率IC的发展历程和研究现状。重点综述分析了高温SiC集成电路设计方法和流片验证的两条技术途径:首先,基于多层外延制造工艺的BJT器件单元及其双极集成电路;其次,基于离子注入掺杂工艺的互补单元及其CMOS集成电路。在此基础上还进一步介绍了高温SiC传感芯片、BCD功率IC及功率模块的应用可靠性验证。目前国际研究现状展示了SiC BJT和CMOS IC研制中大学学术界和半导体企业界的协同创新格局。最后展望了其在深空探索中的潜在应用及其面临的挑战性。本综述对国内研制空间环境用宽禁带半导体SiC高温集成电路及其电子学系统具有借鉴价值。

氮化硼复合陶瓷表面二次电子发射抑制

二次电子产额δ是影响霍尔推进器鞘层的关键参数之一。为了降低推进器通道壁面常用材料BN−SiO_(2)复合陶瓷的表面δ,通过激光刻蚀工艺和表面镀层技术对表面δ进行了调控。使用脉冲红外光纤激光器在材料表面构造微阵列结构,使用激光扫描显微镜对表面结构表征,表面δ测试方法采用收集极法。δ测试结果表明:激光功率10 W且扫描周期50时,样品表面形成的周期性微阵列结构δ抑制效果较为理想,两种不同质量配比的复合陶瓷表面δ峰值分别由2.62和2.38降低至1.55和1.46。使用磁控溅射在上述微结构表面沉积一层TiN薄膜,δ得到进一步抑制。使用扫描电子显微镜对薄膜表面表征,表面颗粒呈现三棱锥结构。结果表明:溅射功率100 W且时长90 min时,TiN膜厚约为246 nm,镀覆该厚度TiN薄膜的两组微结构样品δ峰值分别由1.55和1.46降低至0.82和0.76,相比原始表面大幅降低。该研究通过表面刻蚀和薄膜沉积工艺,大幅降低了BN−SiO_(2)复合陶瓷表面的δ,研究工作对于特定工作场景中开展低δ表面处理工艺研究具有工程应用价值。

基于静态随机存取存储器单粒子效应的中子能谱测量方法

通过对静态随机存取存储器(static random-access memory,SRAM)单粒子翻转截面的研究,提出了一种更有效、成本更低、可测量一到几十兆电子伏能量范围内中子能谱的新方法。利用已发表单粒子翻转截面信息的SRAM,采用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法进行解谱,可测试低能中子源的中子能谱。在进一步的研究中,利用信息熵理论研究了SRAM的数量与能谱测试准确性的关系。研究结果表明,解谱结果的精度在很大程度上取决于SRAM翻转截面的敏感区宽度和参与解谱的不同SRAM的数量。

同轴谐振器低气压放电击穿瞬态电学行为研究

气体微波电离引起的低气压放电效应是限制微波部件功率容量的可靠性问题之一,而击穿瞬态电学行为的研究有助于诊断系统响应。目前大功率微波部件的击穿诊断与电路系统联系不够紧密,而探究放电所产生的等离子体对系统的影响能够改善这一现状。以TEM模式下谐振频率为2.6 GHz的同轴谐振器为研究对象开展低气压放电实验,获得了100~1000 Pa气压范围内谐振器的击穿功率阈值随气压的变化关系实验曲线,并通过正反向调零模块中功率计记录气体电离击穿前后的S 11值。结合谐振器内部放电后的烧蚀痕迹将气体电离击穿后所产生的等离子体等效为圆柱型介质块,进行建模仿真获取放电发生后S 11与谐振频率随气压变化的关系曲线,分析并发现局部阻抗的负载状态随着气压的升高是逐渐由容性向感性转变。最后基于测试系统的调零模块计算得到电离击穿前后谐振器局部阻抗的变化量与气压的实验关系曲线,验证了建模仿真结果。

高效无源互调建模仿真中的统计方法

在现代大功率通信干扰问题中,无源器件的非线性杂散干扰机理最为复杂,在现代大功率高密度的通信系统中越来越受到重视。面对无源器件的典型非线性效应之无源互调(PIM)问题,本文从PIM产生机理、建模角度梳理了近年来国内外普遍的PIM建模方法及关键步骤。针对几种典型微观界面等效、PIM数值转换方法以及面向工况条件的微波部件建模问题,总结了现有的可行方法。进一步提出了基于统计方法分析动态PIM区间预测分析方法的思路,该方法同样基于微观统计方法,对接触界面的不可具体量化的界面问题进行建模,最终获得工况条件下接触PIM的统计分布区间及其产物概率,为实际工况条件下微波部件PIM预测提供了一种大样本分析方法,为进一步提高实际微波部件的PIM稳定性提供了参考。

利用电热耦合效应的金属单点接触结构无源互调研究

针对现有无源互调(PIM)模型不能准确解释互调机理并描述测试规律的问题,提出了一种基于电热耦合效应的PIM产生机理和模型,并利用金属单点接触结构进行了实验验证。首先,提出了一种基于缝隙波导近场耦合的PIM测试方法,该方法使待测结构与测试工装分离,克服了传统PIM实验研究针对整体微波部件进行测试分析的限制,能够实现单个点接触结构的PIM效应研究;然后,对铝接触在不同状态下的表面成分和电接触特性进行研究,结果表明,金属表面存在的氧化层和沾污物是引起其接触结PIM产生与劣化的根本原因,微波辐照时电热耦合效应影响接触结的阻抗;最后,通过实验获取了铝、紫铜和黄铜等材料组成的单点接触结构的PIM。实验和理论结果表明,相对于传统的数学经验模型或多项式数学拟合,结合电热耦合的接触非线性模型从物理底层出发,对PIM的产生根源和机理给出了明确解释,能够更加准确地计算和预测PIM。

一种基于偶极子近场耦合法测量无源互调的方法

无源互调(PIM,Passive Intermodulation)是影响微波通信系统可靠性的关键问题之一。该文提出并实现一种利用近场耦合原理诊断接触结构待测件的PIM测量方法。该测量方法通过缝隙波导激励开口缝隙附近的接触结构,并同时在波导端面接收所产生的PIM信号,从而能方便地对不同物理接触状态的接触结构的PIM产物进行测试分析。并应用电磁商业仿真软件CST对PIM测试工装进行仿真验证,结果与基于偶极子的理论分析结论一致。最后利用铝合金接触结构开展了实验验证研究,获得了三、五阶PIM产物随载波功率的变化特性,实验验证了三阶和五阶PIM产物之差随载波功率降低而增大的变化规律。

空气环境中镀银表面二次电子发射劣化机理

暴露于空气中的金属受环境影响,表面会产生吸附、沾污和氧化等表面改性作用,引起二次电子产额(secondary electron yield,SEY)变化。为探究银表面改性对SEY的影响,使用加热、有机清洗、离子清洗实现了多种银表面状态。实验结果显示,加热能够去除部分表面吸附和沾污,并使得SEY降低;离子清洗在去除表面吸附和沾污的同时还能够剥离表面氧化层,获得高度洁净的表面。离子清洗10/30分钟后SEY峰值由2.61降至1.73/1.70,说明剥离银表面的吸附、沾污和氧化层能使得SEY明显降低。为验证氧化对SEY的影响,使用磁控溅射制备氧化银薄膜。结果表明,氧化银SEY仅比银高0.1左右,且在斜入射下两者SEY差异更小,该结果证明银表面发生氧化不会使得SEY明显升高,并间接说明表面吸附和沾污是使得银表面SEY升高的主要因素。

一种激光刻蚀降低二次电子产额的方法

空间大功率微波器件受空间环境因素的影响,易于发生微放电效应导致器件性能退化甚至失效。二次电子产额(Secondary Electron Yield,SEY)大于1是诱导空间材料表面微放电效应发生的根本条件之一。在材料表面制备微纳结构能有效抑制SEY,从而降低器件在空间环境中发生微放电的风险。激光加工可操作性强、灵活度高,可用于构建材料表面微米结构。本文使用1064 nm红外激光器在铝合金镀银样品表面制备单元尺寸为百微米的圆孔阵列和沟槽阵列,使用磁控溅射在样品表面分别覆盖200 nm银和72 nm铁氧体。SEY测试结果表明,银表面δmax(SEY峰值)从1.932降至0.868,铁氧体表面δmax从2.672降至1.312。实验证明激光加工制备的微米结构能大幅降低材料表面SEY,从而有效降低材料表面发生微放电的风险。

一种ZnO单晶肖特基结X射线探测器及其特性研究

针对传统的硅基辐射探测器在极端环境应用中表现出抗辐照和耐高温能力差的问题,提出并实现了一种采用ZnO单晶制备的肖特基结X射线探测器,并对其各项电学特性进行了测试分析。利用磁控溅射法在ZnO单晶的两面分别制备了Au电极和Al电极;在400℃下退火使得Au-ZnO形成肖特基接触,Al-ZnO形成欧姆接触。常温暗场条件下电流特性测试结果表明:器件的反向电流与温度的倒数成指数关系;在-10 V反向偏置电压下的器件电流为15μA,10 V正向偏置电压下的电流为100μA;在偏置电压为-10 V时测量器件对X射线的响应,发现响应电流随射线电子束流的增加而增加;当加速电压为30 keV、入射X射线电子束流在1~10μA范围内时器件有较高的能量分辨率;在偏置电压为-10 V条件下对器件施加以周期性光照时,器件上升时间和下降时间分别为0.04 s和3.59 s,响应速度快且重复性好。该研究结果表明,基于ZnO单晶的Au/ZnO/Al结构的肖特基结探测器件在X射线探测领域具有较好的应用前景。

双螺杆制冷压缩机转子轴心轨迹波动特性试验研究

随着制冷系统的不断发展,双螺杆制冷压缩机作为系统的核心部件,其运行压力也越来越高,使得滑动轴承的应用也越来越广泛,以承受不断增大的转子径向力,而转子轴心轨迹是滑动轴承工作状态的综合反映。本文通过搭建双螺杆制冷压缩机转子轴心轨迹测试系统,对不同工况以及内容积比下的轴心轨迹进行了试验研究。研究结果表明:与滚动转子压缩机、离心压缩机等旋转机械不同,双螺杆压缩机的转子轴心轨迹大致呈椭圆形,且每个运行周期中还存在若干波动,这些波动的数目对应于压缩机的阴转子齿数,即转子径向动载荷的波动频率。

美国阿尔忒弥斯载人登月计划进展

自美国20世纪70年代通过阿波罗计划实现载人登月后,人类再也没有踏上过月球表面。近年来随着深空探测活动的再次兴起,美国启动了新一轮的载人登月计划,即阿尔忒弥斯载人登月计划。这项由NASA主导、多方参与的登月计划,目标不仅是将美国宇航员再次送上月球,还要在月球建立长期运营基地,并为后续的载人探火行动奠定基础。文章对这一计划所涉及的战略部署及任务要素进行了概述,涵盖登月着陆点选择、运载火箭与飞船、着陆器与有效载荷、“门户”绕月空间站以及商业航天的参与。最后讨论了美国阿尔忒弥斯计划对我国未来探月工程的启示。

双螺杆制冷压缩机转子轴向受力实验研究

为了提高双螺杆压缩机运行的可靠性,本文针对双螺杆制冷压缩机转子轴向力进行了实验研究。研究了不同运行工况(35℃/0℃、30℃/-15℃、40℃/-40℃)以及内容积比(2.6、3.2、4.0)下转子轴向力的大小以及变化趋势,使用均压模型以及扇形模型对转子端面轴向力进行了计算,并将计算的端面轴向力与实验数据进行对比。研究结果表明:相比于均压模型,扇形模型的端面轴向力计算结果更为准确,而均压模型适合于内容积比较大的工况范围;内容积比对轴向合力的影响主要集中在对转子端面轴向力,且端面轴向力要大于气体轴向力约50%。

供水温度对低温空气源热泵制热性能的影响

本文通过设置环境温度分别为-12℃、-6℃,初始水温为20℃,开启热泵进行加热,研究了不同供水温度对空气源热泵的制热量、系统功耗、能效、排气温度、压缩比等的影响。结果表明:在相同初始水温下,随着加热的进行,压缩机的制热量先增加后降低,供水温度为40℃时的制热量最大;当环境温度为-12℃,供水温度从25℃增至55℃时,系统功耗从11 905 W增至24 417 W,增加了105%,系统能效从4. 03降至2. 11,下降了47. 6%。

利用Crispr/Cas9基因编辑系统在人胚胎干细胞中探索ELABELA的潜在新受体

目的·利用Crispr/Cas9基因编辑技术在人胚胎干细胞(human embryonic stem cell,hESC)中探索小分子多肽ELABELA(ELA)是否存在潜在的新受体。方法·收集干细胞向心肌细胞定向分化过程中不同天数(0~13 d)的细胞,检测其ELA及其受体APJ的动态表达水平。在干细胞向心肌细胞定向分化过程中加入APJ抑制剂ML221,观察心肌细胞标志物MYH6、TnnT2及NKX2.5的mRNA表达水平是否发生变化。利用人胚肾悬浮细胞(HEK-293F)表达重组ELA绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP),研究ELA发挥结合作用的区域在其C末端还是N末端,构建GFP序列分别插入ELA-32序列的C末端及N末端的2种重组质粒。利用Crispr/Cas 9基因编辑技术构建ELA唯一已知受体APJ敲除的hESC并进行验证。在构建成功的敲除细胞系及正常细胞系中外源性加入2种GFP-ELA重组蛋白,通过荧光显微镜观察ELA是否能够进入细胞。结果·在干细胞向心肌细胞定向分化过程中,在干细胞时期,ELA高表达而APJ低表达;ELA表达高峰在分化第6天而APJ表达高峰出现在分化第3天。外源性加入APJ抑制剂ML221后,MYH6、TnnT2及NKX2.5的mRNA表达水平无显著变化(P>0.05)。经过基因DNA测序及Western blotting验证,成功构建敲除APJ干细胞系。敲除APJ后,外源性加入ELA N端荧光蛋白,仍能够进入细胞内;而ELA C端荧光蛋白未出现荧光,表示ELA C端荧光蛋白不能进入细胞。结论·hESC中存在非APJ的ELA其他受体,ELA与受体发生结合的部位主要位于C末端。

改良Alvarado评分联合CT多平面重建在儿童急性阑尾炎中的诊断价值

目的探讨改良Alvarado评分联合CT多平面重建(MPR)诊断儿童急性阑尾炎的价值。方法选取2019年1月至2021年9月井冈山大学附属医院普外科收治的116例疑似急性阑尾炎患儿进行回顾性分析,患儿均行改良Alvarado评分及MPR检查,以术后病理诊断为金标准,分析不同诊断方法的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值。结果116例疑似急性阑尾炎患儿中,109例经手术后病理确诊为急性阑尾炎。联合诊断的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值高于Alvarado评分系统诊断及MPR诊断,差异有统计学意义(P<0.017)。结论改良Alvarado评分联合MPR在患儿急性阑尾炎诊断中有较高的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值。因此在临床工作中有推广使用的价值。

变截面通道内流动聚焦微液滴生成数值研究

化学分析研究的不断深入,对液滴微流控精度提出了更高的要求。设计了不同孔径尺寸的流动聚焦通道模型,模拟油-水两相流动剪切微液滴生成过程。采用Level Set方法处理两相流动界面,研究了流动聚焦模型下通道尺寸和油-水两相流量比对生成液滴尺寸的影响。研究结果对实现微液滴生成过程的精准操控具有一定的参考意义。