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50 Ω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。     

自由空间导线天线辐射模式分析

采用分段正弦基矩量法计算线天线电流,借助分段正弦电流辐射场表达式,将各分段电流产生的辐射场进行线性叠加,进而获得天线总的辐射场。该辐射场利用球面波展开法进行展开,同时采用数值积分方法求取辐射场球面波展开式中各模式的系数值。以3种基本单元天线:偶极子天线、圆环天线以及螺旋天线为例,定量分析了3种基本单元天线的辐射模式,验证了这一方法的正确性。     

一种电磁脉冲辐射系统设计

提出一种电磁脉冲辐射系统设计方案,此系统由Marx发生器、短路-锐化组合开关型脉冲形成线和带低频补偿的高功率超宽带横向电磁波(TEM)喇叭天线组成。Marx发生器产生的单极脉冲经过短路-锐化组合开关型脉冲形成线锐化成双极脉冲,然后馈入天线进行辐射。仿真结果表明,在充电电压为10 kV时,电磁脉冲源可产生脉冲宽度1.41 ns、峰值功率7.69 MW的双极脉冲,此双极脉冲频谱主要分布在0~1.6 GHz频率范围内;高功率超宽带TEM喇叭天线带宽为0.625~2.9 GHz(相对带宽为129%),功率容量可达10 MW,能有效地将电磁脉冲源产生的双极脉冲辐射出去。     

多级谐振充电的Marx脉冲源研究

Marx发生器是一种经典的脉冲功率发生装置。为了更好地满足高电压、双极性高效率等实际使用需求，文中提出了多级谐振充电的Marx脉冲源，即利用串联谐振充电源与串心磁环变压器对Marx脉冲发生器分组充电。搭建两类对称结构多级谐振充电的Marx脉冲发生器并验证其性能，包括可变极性的单极性发生器和双极性脉冲发生器。电路由一组正极性的3路8级Marx和一组负极性的3路8级Marx组成，共48级。实验结果表明，可变极性的单极性Marx发生器可产生正极性或负极性电压幅值为30 kV的脉冲，双极性发生器可向空载和50 kΩ的阻性负载输出±10 kV的电压脉冲。通过FPGA(Field Program Gate Array)的信号控制可以将重复频率控制在1 Hz～1 kHz范围内调节，脉宽可在1～200μs范围内调节，脉冲前后沿为50 ns以内。正、负脉冲之间的弛豫时间为0.2～200.0μs。     

基于平行双臂结构的电容式场发生器设计

针对射频电磁场辐射抗扰度测试天线在低频时辐射效率低,难以形成高电场强度的问题,设计了一 款电容式场发生器天线。该场发生器天线采用1∶ 9 的传输线变压器来实现输入端口与负载的阻抗匹配,并采用平 行双臂金属杆实现电容式近场分布。为保证电气性能稳定,负载采用无感陶磁电阻并设计有专门的散热背包,使其 能够承受2400W 的输入功率。仿真结果表明,该场发生器天线在近场范围内电场强度分布均匀,实测结果显示其在 10 kHz~30 MHz 的频率范围内具有良好的电压驻波比(VSWR≤1. 6),且在距离天线中心1 m 处可产生50 V/ m 的电 场强度,而在0. 3 m 处更可以产生200 V/ m 的电场强度,能够满足国内外辐射抗扰度测试标准要求。     

机场障碍物对分米波仪表着陆系统可听度系数的影响分析

机场障碍物的存在会对分米波仪表着陆系统天线辐射场产生一定的影响。从天线原理出发,计算了分米波仪表着陆系统航向天线的辐射场。采用电磁感应定理计算出了特定尺寸障碍物对分米波仪表着陆系统航向天线辐射场的散射,得到了该障碍物对跑道中心线上可听度系数影响的数值结果,并对此做出了分析。     

超宽带高功率电磁脉冲天线的设计与实验

在对近辐射场动力学过程辐射的研究基础上，提出能辐射超宽带电磁脉冲的综合天线的概念及天线试验研究的结果。研制此天线利用了能量应用这种概念，其有小的尺寸，高的电场强度，线极化辐射脉冲的中心形曲线图，并且完全适合作为扫描天线阵扫描单元。此天线由高压双极性脉冲发生器激励。     

1kV/800kHz亚纳秒脉冲发生器设计

提出了以雪崩管作为主开关利用Marx线路来产生高重频高压窄脉冲的方法。分析了雪崩管电路特性,提出了Marx线路下高重频运行时器件的设计要求及印制电路板( PCB)布线设计建议。研制了一台高重频高压亚纳秒脉冲源发生器装置,该装置结构紧凑,在50Ω负载系统下,能输出幅度为1 kV、重复频率为800 kHz、脉宽为500 ps的脉冲。在常温风冷下,该设备可长时间稳定运行。     

一种全向圆柱共形螺旋阵列天线

基于圆柱共形阵列天线的基本理论,提出了一种螺旋圆柱阵列天线,该阵列由两层沿圆柱外壁交错排列的螺旋单元组成,采用矩量法分析了天线的辐射特性。通过优化螺旋单元的个数及分布,得到最优的单层单元数N=18,层间距H=60 mm,使阵列天线在实现高增益的同时,在θ=90°平面上产生360度全向辐射,最大增益Gmax可达7.5 dBi,不圆度C<1.6 dB。     

加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线设计

针对乳腺癌检测、成像等医疗领域对天线高增益及宽频带的需求,研究设计了一款加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线。该天线采用双臂平面阿基米德螺旋天线作为辐射单元,在辐射臂外围间隔一定距离处加载金属圆环以改善驻波性能,并由指数渐变式微带巴伦作为馈电结构。天线顶部加载介质透镜,底部设置金属圆台形反射背板,实现了调整波束形状和提高天线增益的目的。加装圆柱形天线罩后天线高度约为87.53 mm,直径约为46.50 mm。仿真结果显示,天线在3－12 GHz 工作频带内回波损耗小于-10 dB,辐射方向图呈现良好的定向辐射特性,实测结果与仿真结果基本一致。     

自由电子激光器的一些改进方案

自由电子激光器(FEL)能否充分发挥其优异特性而走向实用,最终将取决于器件能否小型化.作者对现有喇曼自由电子激光器的控制系统及加速器部分进行了改进,使其体积大为减小,并对小型化FEL的设想进行了总体布局.     

Emission of High-Power Ultrawideband Elliptically Polarized Pulsed Radiation by a Cylindrical Helical Antenna

Ultrawideband elliptically polarized radiation is numerically and experimentally studied. The analysis is performed for the axial radiation of a cylindrical helical antenna that is excited by a bipolar voltage pulse with a duration of 2 ns. The results are used for construction of a source of high-power ultrawideband pulses with elliptical polarization. The radiation pulses with an effective potential of 300 kV are generated at an amplitude of the bipolar voltage pulse of 200 kV and a repetition rate of 100 Hz.     

抽运X光激光的台式毛细管快放电装置

根据电子碰撞机制类氖氩毛细管放电机理,在一台最大输出电压 30 0kV的Marx发生器基础上设计了一套完整的毛细管放电装置。对该装置进行了系统调试,在充氩气 10cm长毛细管负载下,输出电流 38kA,电流脉冲前沿 40ns。目前已开展充氩气毛细管放电荧光光谱实验研究     

一种2.4GHz天线在WAPI中的应用

介绍了一种工作频率在2.4 GHz应用于无线局域网鉴别和保密基础结构(Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure,WAPI)标准的天线,天线采用现在广泛应用于ISM频段的平面倒F天线(Plane Inversion-FAncenna,PIFA)形式。阐述了PIFA的演变过程及其理论基础。根据传统的PIFA设计了一款应用折叠技术的PIFA,达到天线小型化的目的。制作出产品后天线尺寸只有8.85 mm×36.5 mm。该天线外形紧凑,成本低廉,能完全覆盖2.4~2.483 GHz ISM频段。     

10 kV高重频开关组件设计

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高压开关组件。通过串联20只1 kV的RF MOSFET单元电路,获得耐压10 kV以上的高速、高重复频率的开关组件。开展了高压开关组件的结构设计和1 kV的RF MOSFET单元电路设计及散热设计。利用开关组件进行了10 kV脉冲源实验装置设计,测试结果发现脉冲前沿较仿真结果变缓。     

一种小型双陷波超宽带天线的设计

设计了一种小型双阻带的超宽带天线。采用由两个半椭圆和一个长条矩形复合的一种新型地板结构,从而实现了超宽带天线小型化。通过开双U型缝隙实现了双阻带特性,阻带带宽分别是540 MHz和610 MHz。天线实物测量结果表明,天线驻波比＜2的带宽为2.7~12 GHz,在整个频段内天线增益较高,同时方向图全向特性良好。天线的测量结果和仿真结果有较好的一致性。     

一种采用CMOS0．18μm制造的带EBG结构小型化的片上天线

采用标准0．18μmCMOS工艺设计制造了一种带EBG（电磁带隙）结构的小型化片上天线。该片上天线由一根长1．6mm的偶极子天线以及一对一维的尺寸240μm×340μmEBG结构构成。分别对该EBG结构以及片上天线的S11及S21进行了仿真和测试,结果表明该片上天线工作在20GHz,具有小型化的性能,同时具备三次谐波抑制的功能。     

一种新型超宽带喇叭阵列天线

研制了一套16阵元的小型超宽带喇叭阵列天线,阵元天线由渐变横向电磁场(TEM)喇叭加框型电流环构成,分析了设计原理结构,给出了数值模拟结果并进行了试验研究。在每个单元馈入峰值电压4 kV,前沿180 ps超宽谱脉冲时,获得了rE值82 kV。整个系统紧凑小巧,具有较高的辐射效率,适合低功率情况下超宽谱脉冲的辐射。