电磁脉冲模拟器用纳秒脉冲源的研制

随着电磁武器的发展,电磁脉冲及其防护技术再次成为关注的焦点。简要介绍了核电磁脉冲模拟器的标准电场波形和脉冲源的组成及其基本原理,论述了脉冲分压器的设计。分析显示,所研制的新型电阻分压器可以减少响应时间和上升时间3ns以上。实验结果表明,该分压器可以用于上升时间为1ns以上脉冲的测量。研制的脉冲源的输出脉冲满足设计要求,峰值电压高于26kV,上升时间小于2.8ns,下降时间约55ns。     

用镜像法计算冲击脉冲辐射天线辐射电场

为方便地计算抛物面冲击脉冲辐射天线的辐射电场,根据由张量法得到的任意的线天线电场计算公式,利用镜像法推导得到了冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式;搭建了超宽带电磁脉冲实验系统,由横电磁波喇叭天线测试场设备测试抛物反射面超宽带辐射天线产生的辐射场;应用解析表达式计算了该实验系统的时域辐射场,并与实验测试结果进行了比较。结果表明解析计算得到的辐射场波形与测试结果能够较好地符合,峰峰值相差<1V,上升时间相差≤5ps,说明了解析计算的正确性。     

能量转移装置的研制

能量转移装置主要由断路开关、锐化开关和大功率脉冲变压器组成，该系统能承受１０ｋＪ能量并把微秒级电流脉冲前沿压缩亚微秒级脉冲上升时间，为电磁脉冲辐射提供合理的波形。     

传输线脉冲发生器研制及其对电路板抗静电放电干扰的测试

为研究静电放电对电路板的干扰,利用传输线脉冲发生器提供激励脉冲,并配合测试探头,对电路板进行干扰测试,并以一单片机系统为测试对象进行干扰研究。首先,根据传输线脉冲生成原理,用同轴电缆、水银继电器及高压源设计和制作了1个传输线脉冲发生器,并将脉冲波的上升时间控制在1 ns以内;然后,分别用电场探头、磁场探头和注入探头建立了激励信号与被干扰对象之间的电场、磁场和传导耦合,通过试验观察了其耦合干扰信号,并研究了测试单片机系统的抗干扰特点。通过研究及测试得出:为保证传输线脉冲发生器的脉冲上升时间的要求,应选择快速继电器,控制好继电器与同轴电缆的连接以减少寄生参数的影响;用传输线脉冲发生器配合电场、磁场和注入探头进行测试,可以探查电路板的局部抗干扰薄弱环节;测试的单片机系统的抗干扰特点体现在:其局部区域对磁场干扰较敏感,晶振引脚和复位引脚对直接注入干扰更敏感。     

重复脉冲上升时间对变频电机绝缘局部放电特征的影响

为研究重复脉冲电压上升时间对变频电机绝缘的局部放电特征影响规律,基于超高频天线、检波技术和宽带、高速数据采集和传输技术设计了重复脉冲电压下变频电机绝缘局部放电检测系统。研究了变频电机匝间绝缘在不同上升时间重复脉冲电压下的局部放电统计特性并对其机理进行了分析。结果表明:在微秒级的上升时间下,脉冲电压极性快速翻转导致变频电机绝缘薄弱处空间电荷电场和外部电场叠加,易超过局部放电起始电压,从而产生次数较多的小幅值放电,且放电幅值随着上升时间的减小而增大,但单个周期放电总量逐渐减少。因此设计耦合传感器时应根据重复脉冲上升时间和局部放电脉冲频域能量分布特点,设计高频响应较好的传感器,避免脉冲电源干扰使测试灵敏度降低,从而得到准确反映电机绝缘水平的PDIV和RPDIV。     

高压GaAs亚纳秒光电导开关的实验研究

报道了用全固态绝缘结构研制的半绝缘GaAs光电导开关产生高压亚纳秒电脉冲的性能和测试结果。分别用ns、ps激光脉冲触发开关的测试表明，开关的暗态维持电场达35KV/CM，输出电流脉冲上升时间约500ps，达亚纳秒量级。测量了高倍增开关的光电阈值曲线，其最小触发电场阈值≥4.1kv/cm。开关输出电磁脉冲无晃动。3mm电极间隙开关2500v偏置下，入射能量为8μj时获得线性波形，在48μj时获得Look-on波形。     

基于冲击脉冲辐射天线的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统

为给超宽带电磁脉冲效应机理与防护技术的研究提供实验平台,研制了一种基于冲击脉冲辐射天线(impulse radiation antenna, IRA)的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统,辐射系统由差分脉冲高压源、锋化开关、IRA和介质透镜等部分构成。设计中,差分脉冲高压源由基于氢闸流管的脉冲源驱动副边中心抽头的脉冲变压器实现;设计的紧凑型锋化开关高度仅为1 cm,开关间隙为1 mm,可嵌入IRA天线馈电点,开关最高工作气压可达3 MPa;基于菲涅尔定理设计了介质透镜,以校正锋化开关和绝缘变压器油对IRA天线辐射中心的影响,改善了天线的辐射特性;辐射系统可通过改变锋化开关的气压和充电电压调节系统辐射功率。测试实验表明辐射系统的主要技术参数如下：在时域,在天线主轴距离口径面5.5 m处辐射电场脉冲上升沿约为330 ps,幅值约为±8 kV/m,远场有效电势最高可达44 kV,辐射功率可调;在频域,中心频率为400 MHz,基于能量范数比定义的信号频带为80 MHz～1GHz,信号带比约为12.5,百分比带宽为170.4%。辐射系统能够为开展超宽带电磁脉冲效应阈值规律及防护技术的研究提供一个辐射...     

基于磁开关的高压纳秒脉冲电源

基于磁脉冲压缩技术设计了一种磁开关,通过初始脉冲波形参数与磁开关参数的配合,将微秒级原始脉冲加以压缩,产生电压幅值为6 kV、上升时间为300 ns的脉冲。分析了单级、多级磁脉冲压缩电路的工作原理,介绍了磁开关的计算设计方法,并建立了电子工作台(Electronic Workbench,简称EWB)电路仿真模型,比较了电路中各元件参数对脉冲输出参数的影响。     

高压纳秒电磁脉冲衰减器的研制

随着电磁脉冲技术的发展,电磁脉冲前沿越来越快,峰值越来越高。针对这些特点,为了减小高压纳秒电磁脉冲传输、衰减过程中电磁波的反射,在输出端得到理想的电磁脉冲波形,设计了一种高压纳秒电磁脉冲衰减器,采用高频电磁场仿真软件HFSS建模仿真,分析驻波比,优化结构尺寸。根据仿真及优化结果,制作了衰减量为30%和40%的衰减器样机。实验表明样机衰减量误差小,传输性能好,可对上升时间2ns左右,峰值小于40kV的电磁脉冲实现有效衰减。     

收尘用高压电源的比较分析和优化设计

为使电场强度满足工况要求,且粉尘荷电效果理想,在分析了不同高压电源技术特性的基础上设计了由4个电场组成的静电收尘设备,并根据高压电源的使用工况进行了优化设计。第1个电场由高频高压脉冲电源供电,采用先进的大容量、高频次半导体器件和高性能的数字信号处理器;其他电场由适合高比电阻的恒流源供电,粉尘充分荷电。目前,该设备已投入运行,且工作状况良好,从而证明相关分析符合实际情况,设计满足使用要求。     

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.     

金属屏蔽盒强瞬态电场屏蔽效能实验

基于实验室的强电磁脉冲(EMP)模拟器、强瞬态三维电场测量系统和弱瞬态电场测量系统,本文对带孔金属屏蔽盒强电磁脉冲屏蔽特性进行了系统的研究,提出应用时域电场强度最大值评估金属屏蔽盒的强瞬态电场屏蔽效能.基于快速傅里叶变换(FFT)本文还对带孔金属盒的强瞬态电场频域屏蔽效能进行了分析.     

超级电容器用于建立强脉冲磁场的可行性研究

为解决爆炸磁流体发电机应用设计中储能高压脉冲电容器存在的一些缺点,提出了一种以超级电容器替代高压脉冲电容器作为储能器件建立强脉冲磁场的设计方案。在给出脉冲放电回路中超级电容器的等效电路模型、超级电容器模块的设计原则和储能系统管理方案后,对超级电容器模块振荡放电和非振荡放电两种类型进行了分析计算。超级电容器模块和高压脉冲电容器模块的放电电流仿真波形和模块参数的对比结果表明,在产生同样大的脉冲电流下,超级电容器模块放电持续时间更长,在体积和重量上有一定的优势,用于建立强脉冲磁场是可行的。     

强电磁脉冲模拟技术

为了对核电磁和雷电电磁脉冲等进行模拟研究,研发了由Marx发生器和GHz横电磁波室组成的电磁脉冲模拟装置。介绍了该装置的组成及工作原理、产生的高空核电磁和雷电电磁脉冲后分析了电路参数对核电磁脉冲波形的影响并用光纤场测量仪GC-202-1测出了用该装置产生的电磁脉冲波形。初步实验研究表明,用这种装置能够实现对强电磁脉冲的实验室模拟。     

采用法兰同轴法的材料电磁脉冲屏蔽效能时域测试方法

为了快速准确地评价材料对电磁脉冲的屏蔽效能,搭建了采用法兰同轴法的材料电磁脉冲屏蔽效能时域测试系统,测量了有无屏蔽材料时不同幅值和脉宽的方波脉冲通过同轴装置后的时域波形参数,计算了材料的频域屏蔽效能,所得结果与频域测试方法一致。通过与数值计算结果的对比,分析了透射方波脉冲的上升沿过冲振荡,提出了同轴装置改进的建议。使用能量比值计算了不同幅值与脉宽方波脉冲激励下的时域屏蔽效能,其结果具有很好的一致性与重复性。试验表明,采用法兰同轴法的屏蔽效能时域测试方法适用范围广且具有较好的重复性,能够提供比频域测试方法更多的细节信息。     

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。     

电磁脉冲模拟器仿真与实验研究

为了获得电磁脉冲模拟器工作区间内瞬态电磁场的分布情况并用时域有限差分法对自建的电磁脉冲模拟器进行了建模和数值仿真,并用三维瞬态电场测量系统和瞬态磁场测量系统实际测量了模拟器工作区间内的瞬态电磁场。仿真和测量结果表明,该电磁脉冲模拟器可产生上升沿为20~30ns的强电磁脉冲,且二者吻合较好。基于建立的模型得到了有界波电磁脉冲模拟器工作区间内瞬态电磁场的分布规律:电磁脉冲强度由工作区间中心向两侧逐渐减小,随高度的增加,电磁脉冲强度逐渐增大。基于上述模型通过数值仿真可检验电磁干扰和电磁防护实验结果的准确性。     

正弦波脉冲分割电源端换相不间断电源主电路分析

本文提出一种新的逆变电路：输出波形接近正弦波的脉冲波，其最低次谐波为９次。文中导出了：脉冲高度关系［１］，谐波分量，换相电感、电容的计算公式［２］，以及为获得此脉冲波的变压器线圈匝数的计算公式［３］。     

瞬态弱磁场测量系统的研究

为评估变电站内瞬态电磁干扰对保护和控制设备的影响及所用防护措施对干扰抑制的效果,须测试分析瞬态干扰,故而开发了一套频率范围0.1～100MHz,幅值范围0.005～50A/m的瞬态弱磁场测量系统,并在电磁脉冲模拟器下进行了初步标定。实验结果表明该测量系统满足瞬态弱磁场测量的要求。