高功率超宽带组合天线的设计与实验

为满足高功率纳秒脉冲的发射需求,设计了一种适用于高功率微波的超宽带组合天线,对比了将点馈式巴伦和直馈式巴伦应用于高功率超宽带组合天线后天线的驻波曲线和表面电场分布情况,分析了组合天线阻抗与尺寸的关系,利用Klopfenstein阻抗渐变线降低反射,利用可调平板调整天线磁偶极子面积以提升天线低频性能,并通过驻波测试实验加以验证。在此基础上,进行了高功率微波实验,在全底宽3 ns、峰-峰值121 kV、中心频率329 MHz高功率双极脉冲的激励下,可实现功率容量73 MW,有效电压增益1.97。

一种10 kV/10 ns/20 A全固态脉冲源设计

为获得等离子体研究所需的半高宽约10 ns的高压高重复频率脉冲输出,采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关串联构成的2组高压开关模块,利用传统电容储能脉冲产生电路和脉冲切尾电路相结合产生窄脉冲。结合开关实际工作需求,开展了窄脉冲产生电路适应性设计及仿真优化;依据优化结果,搭建窄脉冲产生电路实验装置。经测试,在500Ω负载上获得了峰值电压约10 kV、半高宽约10 ns、前沿约6 ns的脉冲输出。

同轴结构快Marx发生器设计及实验

设计了一种紧凑型同轴结构快前沿Marx发生器,该发生器采用3.3 nF陶瓷电容器作为储能电容,用螺旋形空芯电感作为充电电感,通过各级气体火花开关迅速放电在负载上产生电压脉冲。为使整个Marx发生器结构紧凑,将电容器、气体开关、充电及隔离电感设计为同轴一体化结构,并放置在一个密封的金属圆筒内,通过充氮气和六氟化硫的混合气体来绝缘。采用理论及电路模拟的方法,分析了开关导通状态、分布电容、回路电感等因素对输出波形的影响。Marx发生器的基本运行参数为:十二级Marx发生器在负载50Ω时输出电压150 kV,开路电压达240 kV,负载输出波形脉冲宽度25 ns,上升时间约10 ns,脉冲功率源能量为7.9 J。

低抖动Marx型触发源系统设计与实验

设计了一套具有低输出抖动的小型Marx型触发源系统。将充电、触发电源等进行了整体集成,结合高储能密度的四端型薄膜电容器设计,实现了系统的紧凑化,体积仅0.20 m3。将场畸变气体开关电极设计为环形轨道状,采用平面触发方式,以利于开关的低抖动输出和稳定工作。该系统输出电压、工作频率分别在10~90 k V,1~30 Hz范围内独立可调。以30 Hz重复频率工作300次,输出抖动的最大偏差(极差)仅为13.0 ns。相比30 Hz、30次结果,工作时间延长了9倍,输出抖动极差仅增加了38%,表现出极低的输出抖动和高的稳定性,是一种理想的高压触发源系统。

Ku波段低磁场返波管振荡器的模拟与实验

为了实现高功率微波(HPM)系统小型化,结合传统低磁场相对论返波管振荡器(RBWO)的设计理论,设计一个Ku波段较低磁场的相对论返波振荡器。分析束压、束流、引导磁场等对输出微波的影响,并采用粒子模拟软件(PIC)优化结构。当轴向引导磁场为0.4 T,电子束束压和束流分别为600 k V和7 k A时,得到频率为13.08 GHz,功率为1.0 GW的微波输出。在强流电子束加速器平台上开展实验验证模拟结果:外加磁场0.4 T时,得到平均功率为850 MW、频率13.05 GHz、脉宽24 ns的微波输出。该实验结果为实现较低磁场GW级微波输出打下了良好的基础。

S波段速调管微波源测控一体化及输出特性

大功率微波源在高功率微波应用及效应研究中使用广泛,作为试验条件的输入端,其控制、测量等操作需方便可靠、明确可记录。对S波段1 MW大工作比微波源开展了测控一体化技术研究:通过光纤通信进行远程控制;使用数字化仪代替示波器对输出信号和测试信号进行监测,并自动保存数据;运行过程时序清晰,数据详实。微波源采用固态放大器推动速调管放大器的两级放大链方式,测量其输出特性,获取微波源各调节参数对输出信号的影响。通过测控一体化可对微波源输出信号实时监测,为开展微波应用实验提供了帮助。

环形电子束位置测量的初步研究

对比研究了真空管道中环形电子束与位于束团中心的实心束在管道壁上产生的场分布,证明束流位置探测(BPM)技术可用于电流密度均匀分布的环形电子束位置测量。采用点密度不均匀性模型,分析了环形电子束角向不均匀性对测量精确度的影响。结果显示,当环形电子束电流密度不均匀性为10%时,对位置分辨率精确度的影响为0.1 mm。初步开展了BPM系统设计,并对纽扣电极半径和输出端口半径进行了优化设计。

低磁场S波段相对论返波振荡器模拟与实验

为实现高功率微波(HPM)系统的小型化,设计一个S波段较低磁场相对论返波管(RBWO)振荡器。针对低磁场特点,分析慢波结构、引导磁场、束压、束流等对输出微波的影响,通过模拟软件(PIC)优化结构。以此设计引导磁场为0.24 T,电子束束压为725 kV,束流为6 kA,频率为3.53 GHz,输出微波功率为1.22 GW,束波转换效率为27%的低磁场S波段相对论返波管。仿真实验结果表明:在强流电子束加速器平台上外加磁场为0.24 T时,得到平均功率1 GW、频率3.58 GHz、脉宽90 ns的微波输出,与理论值一致。进行了重频为1 Hz,20 s的稳定性实验,该实验结果为实现相对论返波管的永磁包装奠定了良好的基础。

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。

一种引入预测机制的时空上下文跟踪算法

针对时空上下文(STC)算法在抗遮挡目标跟踪中的不足,提出使用上下文模型相似度作为判别遮挡的条件和改进上下文模型更新方程的修正系数,同时采用预测算法修正搜索区域,构建了一种基于时空上下文跟踪的抗遮挡目标跟踪算法,并通过标准目标跟踪视频库对原算法和改进后算法的跟踪性能进行仿真和对比。实验证明,在原算法的基础上提高了抗遮挡跟踪的鲁棒性,在一些图像序列中跟踪成功率的提高最高可达30%。

准单向纤维排布环形炭/炭复合材料的组织与性能

以PAN基炭纤维无纬布为主体,与短切网胎纤维交互叠层制备准单向纤维排布环形炭预制体,然后采用等温化学气相渗透工艺,在丙烯与氮气分压比为1.2:1,系统压力为1.5 kPa的条件下进行增密,制备准单向纤维排布环形C/C复合材料,研究气相渗透温度对增密效率的影响,并对复合材料进行组织观察与导电导热性能测试。结果表明:在980℃温度下化学气相渗透效率最高,480 h后获得密度为1.84 g/cm^3、孔隙率为6.4%的准单向纤维排布C/C复合材料;准单向纤维排布环形C/C复合材料沿轴向方向具有高纤维取向,并且材料沿轴向具有较高的导电与导热性能,其电阻率为20.3μ?·m,热导率为72.8 W/(m·K)。热解炭组织为高织构粗糙层,热解炭生长良好,石墨化度为60.1%。