衰减器和移相器在微波传输技术中的应用

衰减器和移相器是分别用来改变传输系统中电磁波场强的振幅和相位的元件。衰减器和移相器联合使用,可以调节传输线中电磁波的传播常数,因此它们是最基本的微波元件。衰减器和移相器的结构都有固定式和可调式两种,它们都是接入微波传输系统中的双口元件。一、衰减器为了固定传输系统内传输功率的功率电平,传输系统内必须接入衰减器,对微波产生一定量的衰减。衰减量固定不变的称为固定衰减器;衰减量可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器的主要指标有:工作频带、输入端驻波比、起始衰减量、衰减量、衰减量的变化规律和精度等。下面讨论…     

高功率微波矩形波导衰减器的设计与实验

提出了一种高功率微波矩形波导衰减器。本设计中,衰减器是由矩形波导、Na2SO4衰减溶液以及装此溶液的石英容器组成。首先采用同轴探针法测量1.8~2.4GHz频段内Na2SO4溶液的介电常数,然后利用CST软件在1.8~2.4GHz频段内建模和仿真计算衰减量为(52±2)dB、驻波比小于1.35的衰减器。最后按照仿真得到的最优结构尺寸制作了高功率矩形波导衰减器,并对衰减器的衰减量和反射系数进行了实测和分析。为高功率微波衰减器的设计方法的研究提供了一种有效的理论和实验研究平台。     

基于磁开关的低频高压脉冲电源的设计与仿真

为了实现纳秒级快前沿高压脉冲,设计了基于磁开关的低频高压脉冲电源。通过电容充放电时间常数与磁开关相配合,最终输出连续纳秒级低频高压脉冲。应用saber电路仿真软件中分析和搭建多级低频高压脉冲电路仿真模型,通过仿真分析各级电容器的电压波形得知,磁开关将高压脉冲从3.2μs压缩至20ns,输出脉冲峰值从初始10kV上升至30kV,最终输出100Hz的连续低频高压脉冲。     

纳秒级高斯脉冲源的研制及其在GIS局部放电研究中的应用

为了更好了解局部放电UHF信号在GIS中的传播和衰减特性,研制了一种纳秒级脉冲源,用于模拟GIS中局部放电信号,并采用实验和XFDTD仿真相结合的方法分析了此纳秒级脉冲信号在GIS内的衰减特性。实验结果和仿真结果综合表明,研制的纳秒级陡脉冲源完全可以模拟GIS内部的局部放电,利用XFDTD仿真软件建立的GIS局部放电模型是正确的、可行的。     

基于LC全桥串联谐振的脉冲功率电源设计

设计了一种基于LC全桥串联谐振的高压脉冲功率电源,并在高压电容器上获得了纳秒级百千伏的高压脉冲输出。电源采用两级升压结构得到纳秒级高压脉冲,详细分析了脉冲电源前级串联谐振变换器电流断续模式(DCM)下工作过程,得出变换器谐振参数设计方法,并对系统后级高压脉冲形成回路进行了设计。在理论分析基础上研制了一台脉冲功率电源,对电源进行Pspice软件仿真和实验测试,结果表明,在电容负载上,此电源可获得峰值135 kV,前沿42 ns的脉冲电压。     

EMP作用下的电缆耦合及屏蔽效能试验分析

介绍了三同轴法、线注入法、功率吸收钳法、混波室法等电缆屏蔽效能测试方法.进行了电磁脉冲作用下的同轴电缆和裸线耦合试验,探讨了该环境下同轴电缆屏蔽效能的测试方法.试验分析表明,电缆耦合后的波形为衰减振荡波,振荡周期正比于电缆的电长度,频谱与照射场的频谱不一致,裸线的耦合输出衰减较快.根据试验数据,采用峰值场强法计算的电缆屏蔽效能与峰值电压法的结果吻合,所以可采用峰值场强法对电缆进行电磁脉冲的屏蔽效能测试.电磁脉冲作用下的同轴电缆屏蔽效能较相当频段连续波作用下的略低.     

基于89C51单片机控制的数控衰减器的设计与实现

目前，我国的一些雷达测控设备中所使用的机械式手动衰减器，其步进衰减量（10dB）比较大，而且缺乏对信号衰减量的直观显示，也不便于对衰减器进行远程的操作与使用，在应用上具有一定的局限性，针对以上问题，本文提出了一种基于单片机控制的数控衰减器的设计方案，并对该方案进行了设计与实现。     

瞬态电压抑制器在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态响应

为了研究瞬态电压抑制器(TVS)对快上升沿电磁脉冲的响应,基于传输线脉冲(TLP)测试理论,建立了由高频脉冲发生器、同轴电缆、专用测试夹具、30dB脉冲衰减器和高性能的数字存储示波器等组成的测试系统。参考时域传输(TDT)TLP测试方法,利用该测试系统,对典型双极TVS器件在快上升沿电磁脉冲作用下的电流特性和电压特性进行了研究,并对试验数据进行了拟合分析。结果表明,TVS器件的箝位电压、峰值电流等参数均随着测试电压的增大而增大,且与测试电压呈线性关系;而由箝位电压决定的箝位响应时间受测试电压的影响较小。经对比分析实验结果得出,对快沿电磁脉冲,采用固定响应时间下的箝位电压来衡量TVS器件的防护性能是较为合理的。     

基于微带传输线的生物溶液处理用纳秒脉冲电场发生器研制

研究纳秒脉冲电场生物学效应需要相应的高压纳秒脉冲发生器。为此,基于微带传输线与固态开关技术,通过波传播过程分析阐释了Blumlein型微带传输线方波的形成原理;采用CST微波实验室仿真分析了微带传输线充电过程中的电场分布;制作了小型化的纳秒脉冲发生器样机,并搭建测试系统对其进行了性能测试。结果表明,在电转杯负载端得到的纳秒脉冲电压幅值在0~2 k V内可调(即对间隙距离为1 mm的电转杯负载,电场强度在0~20 k V/cm内可调),脉宽为100 ns,上升沿约为20 ns,重复频率在0~1 k Hz内可调。     

电磁脉冲焊接电缆接头的装置的研制及测试

为了研究电磁脉冲焊接技术在电力电缆接头焊接领域的应用,设计了一套能够用于不同型号电缆接头焊接的电磁脉冲焊接装置,该装置包括大电流脉冲发生器、焊接线圈及系统控制模块。大电流脉冲发生器由6个并联的脉冲发生模块组成,每个模块包括4个并联电容器与1个触发真空开关,可根据不同的焊接需求调整模块工作电压与数量从而输出不同参数的电流脉冲。此外,为减小回路杂散参数对脉冲电流峰值的影响,提高焊接效果,设计了低阻抗同轴电缆与具有集磁器功能的焊接线圈。结合焊接装置结构和理论与仿真计算参数,最终研制出了电磁脉冲焊接装置样机,该装置工作电压可达15kV,峰值电流为600kA,能够成功完成电缆接头的焊接。     

Nanosecond High Voltage Pulse Generator Using Water Gap Switch for Compact High Power Pulsed Microwave Generator

Nanosecond and sub-nanosecond high voltage pulses can provide new applications. A cancer treatment by an ultra-short pulse high electric field is one of them. High power pulsed microwave has been proposed to apply the high electric field for that treatment. This work focuses on the design of a compact high power pulsed microwave generator using a nanosecond pulse power generator for the cancer treatment. To obtain fast rise time of voltage and current for nanosecond pulses, a switch has to have low inductance. Water gap switches have this property. Since water has a dielectric strength exceeding 1 MV/cm, gap distances for switching can be reduced to several hundreds of micrometers, and still allow switching of tens of kV. The narrow gaps allow us to reduce the switch inductance. In this study, the water gap switch was built in a Blumlein pulse forming line. The Blumlein line was designed to provide a pulse of 1 ns and to match an impedance to 16 Omega of an antenna. By using the water gap switch in the Blumlein line, the voltage rise time obtained approximately 750 ps at 13 kV of a peak pulse voltage. An electromagnetic wave was radiated underwater by the loop antenna. A measuring antenna at 0.15 m and 0.4 m from the radiating antenna caught electric field intensities of 116 kV/m and 32 kV/m, respectively. A frequency element of 250 MHz had higher intensity.     

纳秒脉冲电晕放电的衰减及电晕线电阻率对其的影响

在线-板电晕放电反应器模型上,分别采用电阻率较高的镍铬不锈钢线和电阻率较低的青铜线作为电晕线进行了脉冲电晕放电试验研究。结果表明,在其它条件相同的情况下,镍铬不锈钢线比青铜线上的纳秒脉冲衰减要大,两者的差别达15％。这表明,在纳秒脉冲电晕放电的实际应用中,电晕线的电阻率对纳秒脉冲电晕放电的衰减影响不容忽视。     

Steep-front short-duration voltage surge tests of power linefilters and transient voltage suppressors

Steep-front short-duration voltage surge tests were conducted on commercially available power-line filters and two types of transient voltage suppressors to determine their effectiveness for protection against nuclear electromagnetic pulse (EMP) induced power-line transients. The tested power line filters were single-phase industrial-type units in the 120/208 V and 277/480 V class rated at 100 or 200 A. It was found that the tested power-line filters provide from 38 to 54 dB of attenuation for steep front surges (20 to 40 ns rise time and 150 to 400 ns fall time to half-value waves for 2 to 20 kV peak voltage), and transient voltage suppressors add an additional 2 to 8 dB of attenuation. It was also found that while the tested power line filters provide good protection against EMP induced surges, degradation of the filter characteristics may occur and delayed failures of filter components are possible. Transient voltage suppressors reduce the EMP induced surge by 40% and thus provide some protection for the filter     

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。     

纳秒高压脉冲电阻分压器的结构优化

由电阻分压器和存储示波器组成的纳秒级高电压脉冲测量系统中,各组成部分间的阻抗匹配与否,对测量结果影响很大.笔者基于高频电磁场仿真软件FEKO,建立了电阻分压器的仿真模型,分析了其结构对测量结果的影响,并比较了4种典型结构的优劣,对选中的结构进行了过渡段的选型和锥角优化.仿真结果表明,为减小反射,分压器应采取过渡结构,且...     

电磁脉冲对数字电路的辐照效应研究

为研究电磁脉冲对数字电路的辐照耦合规律,介绍了雷电电磁脉冲的模拟装置并以某装备上信息处理的串行数据分配电路为试验研究对象,研究了电磁脉冲辐射场对数字电路的辐照效应,通过改变场的强度、极性、被试器件的类型等试验条件,探讨了电磁脉冲对数字电路的耦合规律。试验结果表明:影响电磁脉冲对电路的辐照耦合的因素有场的强度、接收天线形状、器件电路的内部结构与阻抗特性、设备或系统在电磁场中的方向、以及线上的信号(即高或低电平信号)等。     

Experimental Study of DBD Plasma Actuator with Combination of AC and Nanosecond Pulse Voltage

In the last decade, dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators using a combination voltage of AC and a nanosecond pulse have been studied. The combined‐voltage‐driven plasma actuator increases the body force effect, including wall jet and flow suction, by overlapping the nanosecond pulse voltage, while the DBD plasma actuator driven by nanosecond pulses is a flow control actuator generating compression waves due to pulse heating, which makes it possible to supply an active flow control at a high‐speed flow, reported as up to Mach 0.7. In this study, a DBD plasma actuator driven by a combination voltage of sinusoidal AC and nanosecond pulse was experimentally investigated. The time‐averaged net thrust and cycle‐averaged power consumption of the actuator were characterized by using an electrical weight balance and the charge‐voltage cycle of a DBD plasma actuator, respectively. The plasma actuator thrust driven with the combination voltage showed increased thrust with increasing pulse repetition rate. The energy consumption of the actuator was controlled by varying the AC phase when the nanosecond pulse was applied. Therefore, the thrust and power consumption in the actuator were almost independently controlled by the pulse repetition rate and the pulse imposed phase.     

配电线路-变压器系统对强电磁脉冲的电压响应

电磁脉冲易于耦合进入未经加固的架空线缆系统,对接入电子系统具有很强的干扰和破坏作用。为评估其特性和规律,基于Agrawal传输线模型对电磁脉冲作用下配电线路-变压器系统的感应电压进行数值模拟,得到线缆末端感应电压对电缆长度、高度和地表面参数的计算结果;将线缆感应电压作用到10/0.4 kV变压器上,计算了3类10/0.4 kV变压器低压绕组上的感应电压。数值模拟结果表明,配电线路接入未带负载变压器时,波形形状不变,仅电压峰值减小2/3;变压器接入负载时,电压峰值进一步减小1/3,峰时后延,脉宽减小,波形震荡明显减弱以至快速消失。该仿真结果,可用于指导电磁脉冲防护器件的选择,在防护效能的评估上也具有重要意义。     

脉冲电压下聚酰亚胺空间电荷行为及其机理研究

电力电子装备长期处于高重复频率、陡上升时间脉冲电压运行工况,绝缘更容易发生劣化和早期失效。为探究脉冲电压下绝缘失效的微观机理,对ns级别下的脉冲边沿前后空间电荷分布情况进行研究对比,探究了电场强度、硅油对脉冲边沿时刻电荷振动波形的影响。通过分析不同脉冲上升时间下的电荷振动波形及电压波形频谱、电荷积聚特性,阐明了脉冲电压边沿时刻电荷振动机理以及ns脉冲下电荷行为对绝缘劣化影响机理。研究发现,ns脉冲上升沿和下降沿前后电荷分布特性存在差异,在脉冲边沿处发现了特殊的空间电荷迁移行为;电场强度会影响异极性电荷的积累速度及积累量,从而影响电荷振动波形的形状;电极与试样之间涂敷硅油会影响电荷振动波形的极性;5×10⁶~1×10⁷ Hz频段的电压分量对空间电荷振动起主要作用;ns脉冲电压下电荷积聚导致电场畸变更加严重。     

纳秒脉冲电晕放电衰减研究

建立了线－板结构脉冲电晕放电实验模型，研究了沿电晕线的纳秒脉冲电晕放电对其自身波头幅值、波头形状的衰减特性，用高灵敏度紫外光－可见光成像系统摄取了单次纳秒脉冲电晕波电图像并进行了分析。研究表明，纳秒脉冲电晕放电对其自身波头幅值的衰减在电晕线前段的下降具有指数型快速衰减的趋势，且首端所加电压幅值越高，这种衰减越严重。