超宽带高功率脉冲辐射源气体开关的研究

超宽带高功率脉冲辐射源是高功率微波武器的一种,利用高能微波可以对无线电、雷达系统、通讯系统、计算机系统甚至电力系统等设施进行破坏。本文介绍了辐射源的研究现状、结构和气体开关的工作原理,并对辐射源脉冲进行测量。通过理论和实验数据的分析表明：采用氮气并且工作在高电场和10atm大气压强的条件下,可以获得500ps的脉冲前沿。     

高功率微波脉冲的电离层特性研究

HPM大气传输是雷达和定向能传输研究的主要课题之一。高功率微波脉冲的电离层效应和电离层闪烁，电波在电离层中传播和在自由空间中传播相比，其电场幅度、相位、极化、路径等都会出现一些新的效应。     

高功率微波大气传输中的非线性衰减

高功率微波大气传输过程中的衰减分为两个部分，一是和中小功率微波相同的气体吸收衰减、干涉衍射衰减和雨衰减，另一是由于高功率微波作用导致大气电离或击穿带来的非线性衰减。本文主要讨论非线性引起的衰减，并通过数值计算比较了两种计算非线性衰减的算法。     

高功率微波上升沿等效脉宽研究

为解决高功率微波脉冲测量时按常规读数结果不精确的问题,提出了高功率微波上升沿等效脉宽,利用数据插值方法,拟合出了高功率微波脉冲上升沿。根据拟合得到的上升沿模型,仿真计算出了不同峰值场强和不同压强下的高功率微波上升沿等效脉宽,分析了等效脉宽与场强及压强的关系,比较了等效脉宽与由常规读数得到的脉宽之间的误差。     

超宽带高功率脉冲辐射源气体开关的材料

气体开关是超宽带高功率脉冲辐射源的关键部件之一,利用气体开关技术对辐射源输出的超宽带高功率脉冲锐化并研制长寿命的气体开关.通过数值计算和对实验数据的分析表明:气体具有良好的导通性能并且工作在高电场和1 000kPa大气压强的条件下,可以获得ps量级的脉冲前沿;密度、比热容、热导率、熔点和沸点都高的电极材料可以获得长寿命的气体开关.     

高功率微波对电离层电子温度的影响

高功率微波在电离层中传输时,自由电子很容易被外加电场加热,会影响电离层的电子温度。文章利用电离层的特征等离子场,分析不同频段高功率微波对电离层电子温度的影响,得出电离层电子温度的变化规律,为高功率微波大气传输相关研究提供依据。     

高功率微波大气传输轨迹模拟

高功率微波在大气中传输时，会发生大气折射效应，折射效应的显著程度主要依赖于沿路径的折射指数变化梯度和射线初始仰角。本文根据低层大气剖面数据，将高功率微波在大气未击穿时的传输轨迹划分为若干个点，分析计算出各点对目标的仰角、高度、地心夹角和到发射站的真实距离，实现了对高功率微波大气传输轨迹模拟。     

重频吉瓦级高功率微波源硬管化技术研究

针对磁绝缘线振荡器(MILO)微波源负载,在高真空工艺的基础上,研制了一种强流二极管陶瓷真空界面绝缘结构;通过对阴、阳极屏蔽、均压等电极形状和尺寸的优化,使陶瓷沿面电场和阴、阳极三结合点场强均得到了有效控制。模拟结果显示:陶瓷沿面电场分布均匀,阴、阳极三结合点场强小于30 kV/cm;同时,建立了微波源器件的瞬态抽气模型,应用分子流Monte-Carlo方法,模拟了脉冲放气后微波源内部真空压强在不同时刻下的三维分布和演化规律;并以此为基础优化了内置气体捕集泵的真空拓扑结构。最后,在HEART-50脉冲功率源上开展了5 Hz实验测试,陶瓷真空界面能耐受超过600 kV的脉冲电压,沿面平均绝缘场强达到40 kV/cm,重频运行可靠;微波源在脱离地面泵组后实现了重频吉瓦级输出,脉冲串间的真空恢复时间小于1 min,平衡压强小于5×10?2 Pa,微波平均功率大于3 GW、脉宽大于40 ns。     

四腔相对论速调管放大器的实验研究

针对杂频振荡的影响,在三腔相对论速调管的基础上发展了四腔高增益相对论速调管。采用PIC粒子模拟软件,从整管上对四腔强流相对论速调管放大器的冷腔结构、束波互作用、微波提取等方面进行研究。为得到输出功率和效率的最优值,结构上采用了低互作用输入腔,设计了阶梯状结构漂移管,通过对输出腔作用间歇进行优化处理等措施抑制了电子回流和杂频振荡的抑制,实现了器件在高增益下的GW级高功率微波输出。模拟表明整管微波模拟输出功率达3.05 GW、效率22%、增益63 dB(种子微波功率2 kW),该器件在实验上获得了增益为61.4 dB(种子微波功率1.38 kW)高功率微波放大输出,微波脉冲宽度大于100 ns。     

不同波形高功率微波大气击穿研究

基于高功率微波实际波形的多样性,建立了计算不同波形大气击穿阈值方法仿真模型.通过该模型,分别计算了波形为锯齿形、正弦形、梯形及矩形高功率微波在不同高度上的击穿阈值,计算结果与实际情况相符.     

电炉炼钢厂粉尘在微波场中的升温特性

对电炉炼钢厂粉尘在微波场中的升温特性进行研究。结果表明,电炉炼钢厂粉尘对微波具有很好的吸波能力,其中不锈钢厂电弧炉粉尘在微波场中约15 min内温度就可达1000℃以上。随着微波功率的增加,粉尘表观升温速率增大。不同配碳比下粉尘的表观升温速率均较大,介于105-126℃/min之间。随着物料质量的减少,在微波场中粉尘的表观升温速率增大。粉尘颗粒粒径对表观升温速率的影响不显著。     

脉冲电场预处理马铃薯片微波干燥动力学研究

采用自制脉冲电场(Pulsedelectricfield:PEF)装置,研究了不同脉冲频率和电场强度预处理对马铃薯片微波干燥特性的影响.设计了3因素(脉冲频率、电场强度、微波功率密度)2指标(脱水速率和厚度比)二次回归正交组合试验.对试验结果采用 SPSS软件进行回归分析,得出PEF预处理后马铃薯片微波干燥动力学方程和2指标回归方程.结果证明,经 PEF预处理后马铃薯片微波干燥速率快于未经预处理的马铃薯样品;马铃薯微波干燥方程分段适用 Page模型;试验验证了干燥动力学方程和回归方程的预测性都较好(p<0.05).采用 MATLAB软件对2指标回归方程进行综合优化,得到可供参考的脉冲电场预处理马铃薯片微波干燥工艺参数,即脉冲频率、电场强度、微波功率密度分别为30Hz、1.0kV/cm、1.0W/g     

N2负流柱放电过程仿真（英文）

采用粒子连续性方程耦合泊松方程构建氮气放电流体模型,使用有限元法对该模型求解,获得窄间隙（5 mm）氮气放电过程粒子动力学特性。由仿真结果可知：在均匀电场中,流柱头部粒子密度随放电过程的发展不断增大;流柱头部电子密度及电场强度随初始电子密度的增加而逐渐增大;初始电荷分布直径大小直接影响流柱的发展速度;另外,对于负流柱放电,粒子密度梯度及电场分布随外电场增大而增大。     

反射式小型光学电场传感器

为了同时实现对直流电场、交变电场和瞬态电场的测量,通过琼斯矩阵计算,建立基于泡克尔效应的反射式光学电场传感探头的理论传感模型,分析铌酸锂晶体长度、晶体切型、温度以及封装应力对探头传感性能的影响. 制备尺寸Φ5 mm×80 mm,理论电场测量范围为±439.2 kV/m的反射式小型光学电场传感探头,搭建相关的电场传感系统并表征传感探头在10~5000 Hz交变电场、直流场、8.2~12.4 GHz高频微波场下的传感性能. 实验结果表明,该光学电场传感器在直流?12.4 GHz电场频率范围内具有较好的电场响应,在无外加电场时长时间内信号漂移量小于0.08‰,分辨力至少为3 V/m,实际可测量范围为10^?3~10² kV/m,有望应用于高功率微波探测和电力系统领域的直流、ms级及ns级暂态电场监测.     

脉冲电场预处理马铃薯片微波干燥工艺研究

以马铃薯片微波干燥单位时间降水率和收缩率为试验指标,进行了3因素（脉冲频率、电场强度和微波功率密度）2次回归正交试验。试验结果使用SPSS统计软件进行回归分析,得到各指标回归方程;并采用MATLAB软件编程对指标进行综合优化,得出最优工艺组合（41.67Hz,2.0kV／cm,1.0W／g）。将其中2因素固定在最优水平上,逐个分析另1因素对各指标的影响,结果表明马铃薯片微波干燥单位时间降水率随电场强度的增大先增大后减小,随微波功率密度的增大而增大;马铃薯片微波干燥收缩率随脉冲频率和微波功率密度的增加先减小后增大。在最优工艺组合下,马铃薯片微波干燥单位时间降水率为0.881％／min,收缩率为0.545mm／mm。     

高功率过模返波管中模式控制研究

采用过模结构,克服常规返波管(BWO)中截止径的限制,提高器件内径,有效地降低同等功率条件下器件内表面的强场,使其低于器件内表面的强场击穿阈值,可以克服器件内表面的强场击穿问题。根据BWO的振荡机理,引入过模反射腔,并使其同相应的慢波结构匹配,克服了过模结构中的模式竞争问题,提高了电子束同慢波结构互作用效率。从理论和模拟两个方面研究了过模返波管中的模式控制,设计了一个X波段输出功率接近10 GW、效率约50%的过模返波管器件。     

电子回旋共振放电中电子能量分布特性的研究

建立了电子回旋共振(ECR)放电的粒子模型,编制了准三维电磁模粒子模拟与蒙特卡罗模拟程序。通过对氩气ECR放电电离过程的理论分析与数值模拟,得到了放电稳态形成时不同放电区域的电子能量分布。研究了不同中性气压以及外加磁场位形对这些区域中电子能量分布特性的影响。随着中性气压的升高,远离ECR区域中的低能电子减少,高能电子增加,而ECR区域中电子能量分布变化特征与之相反;相对于收敛磁场位形,磁镜磁场位形更有利于约束放电下游区的电子能量以及电子能量分布的宽度。