当期目录

推荐文章
飞行器GNSS接收机静电放电干扰效应分析
范宇清, 程二威, 魏明, 张庆龙, 陈亚洲
2019, 31(12): 123201. doi: 10.11884/HPLPB201931.190268
本期封面及目录
《强》刊2019年第12期目录
2019, 31(12): 120000.
高功率激光与光学
飞秒脉冲测量过程的光路精确调节理论分析研究
申淼, 夏彦文, 董军, 张波, 孙志红, 卢宗贵, 元浩宇
2019, 31(12): 121001-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190165
摘要:
针对单发次飞秒激光脉冲波形的测量,入射光夹角和晶体的偏转姿态是光路精确调节中的关键影响因素,为了精确描述入射光夹角和晶体的偏转与输出自相关信号的关系,我们对和频过程进行理论分析和推导。文中对入射光夹角的取值范围进行数学推导和计算,并定量分析了输出的自相关信号与晶体的姿态的关系。结果表明,要满足位相匹配条件,入射夹角存在一个最小值为30.114°;产生的自相关信号输出方向对晶体的转动姿态不敏感,输出强度对参与耦合的两入射光束的夹角敏感;对晶体的转动姿态容量较大,且晶体越薄越不敏感;自相关信号的时间分辨力由晶体内参与耦合的两入射光束的夹角决定,改变晶体外的夹角不会改变时间分辨力。
金属和玻璃胶合体热膨胀仿真及实验验证
李国会, 徐宏来, 向汝建, 杜应磊, 吴晶, 向振佼, 张越
2019, 31(12): 121002-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190272
摘要:
仿真分析了热膨胀系数不同的金属和玻璃胶合体在不同温度下的形变,同时使用热膨胀仪测试了不同金属的热膨胀系数,随后,将热膨胀系数不同的金属分别与相同材料的玻璃进行胶合,最后将胶合体置于半封闭空间并对其整体进行加热,采用哈特曼波前测试系统测试胶合体的形变。结果表明,胶合体的仿真数据和实验数据基本吻合。该仿真与实验结果,对不同材料属性的胶合体在热膨胀匹配设计方面具有一定的指导意义。
高功率微波
新型负耦合结构在基片集成波导滤波器中的应用
刘庆, 吕大龙, 卞晨阁, 周东方
2019, 31(12): 123001-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190189
摘要:
针对高性能交叉耦合基片集成波导带通滤波器的应用,提出一种新型负耦合结构,该耦合结构由两个短路耦合线设计实现,并详细分析了其特性,能够实现较弱或较强的负耦合。总结了基于特征多项式的耦合矩阵综合优化方法,并通过两个滤波器的设计进行说明。基于综合得到的两个耦合矩阵,设计了两个中心频率为10 GHz的四阶交叉耦合基片集成波导带通滤波器,第一个滤波器的归一化相对带宽为3%,负耦合结构提供交叉耦合,用于说明该耦合结构提供相对较弱的耦合强度;第二个滤波器的相对带宽为8%,负耦合结构提供主耦合,用于说明该耦合结构提供较强的负耦合强度。为了验证滤波器的实际性能,对这两款滤波器进行了加工和测试。测试和仿真结果一致性较好,表明了该负耦合结构用于高性能交叉耦合基片集成波导滤波器设计的可行性。最后讨论了弱色散交叉耦合对传输零点位置的影响。
W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计
王哲远, 王峨锋
2019, 31(12): 123002-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190367
摘要:
输入耦合器是回旋行波管的重要组成部分之一,其作用是将矩形波导TE10模式的信号,通过模式变换结构转换为回旋放大器件中的模式,输入耦合器性能的优劣直接影响了回旋管整管的带宽等性能。通过对W波段TE02模式回旋行波管的输入耦合器进行理论分析,指出影响主模传输损耗的一个因素是杂模的崛起使主模的传输系数降低,利用仿真软件进行仿真,通过优化耦合孔的尺寸,抑制杂模的产生,将损耗从3.9 dB降低到了0.8 dB。根据优化尺寸加工,实际测试,得到3.0 dB带宽7.9 GHz的输入耦合器,与设计符合较好。
一种用于预失真线性化器的宽带匹配技术
汪永飞, 韩培胜, 胡卿, 陈欣鹏, 周东方
2019, 31(12): 123003-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190128
摘要:
由于放大链路的增益波动以及不同频点之间非线性特性的差异,预失真器难以在不同的频点同时实现非线性特性匹配,即令整个频带内不同频点的线性度指标同时满足要求。由于预失真器和放大器之间的非线性失配,放大器在某些频点的非线性特性还会恶化。本文从线性化器与预失真器的宽带匹配出发,讨论了预失真线性化器与行波管放大器宽带匹配的条件以及非线性失配所带来的影响,当增益失配误差不大于1 dB时,在行波管放大器自身的三阶交调值不大于40 dB的非线性动态范围内,三阶交调下降幅度最大值为4.1 dB;通过采用级联增益补偿电路的方式,降低链路增益波动,实现预失真器和放大器的非线性匹配,真正拓展预失真线性化器的工作带宽。
Ku波段微波单片集成电路6位数字衰减器设计
周守利, 张景乐, 吴建敏, 周赡成, 程元飞
2019, 31(12): 123004-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190049
摘要:
基于GaAs 0.25 μm增强/耗尽型(E/D)赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺,研制了一款Ku波段6位数字衰减器微波单片集成电路(MMIC)。该6位数字衰减器由6个基本衰减位级联组成,可实现最大衰减量为31.5 dB、步进为0.5 dB的衰减量控制。采用简化的T型衰减结构,实现了0.5 dB和1 dB的衰减位。16 dB衰减位采用开关型衰减拓扑,在提高衰减平坦度的同时,有效降低其附加相移。测试结果表明,在12~18 GHz的频率内,数字衰减器衰减64态均方根误差(RMS)小于0.25 dB,附加相移为−0.5°~+9.5°,插入损耗小于4.9 dB,输入输出驻波比均小于1.5∶1。芯片尺寸为3.00 mm×0.75 mm。该芯片电路具有宽频带、高衰减精度、小尺寸的特点,主要用于微波相控阵收发组件、无线通讯等领域。
太赫兹技术
0.8 THz再生反馈振荡器的仿真模拟研究
李天一, 孟维思, 潘攀, 蔡军, 邬显平, 冯进军, 闫铁昌
2019, 31(12): 123101-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190372
摘要:
随着太赫兹技术的发展,高频率、大功率的太赫兹辐射源一直是国内外研究的热点。再生反馈振荡器作为一种新型太赫兹源器件,具有可行性高、功率大的优点。基于0.8 THz太赫兹波成像系统的需求,采用折叠波导慢波结构,对再生反馈振荡器进行设计与研究。首先对0.8 THz折叠波导慢波结构进行设计并使用CST微波工作室中的本征模求解器进行参数优化,再通过CST粒子工作室中的PIC仿真模块对整管进行热特性仿真,验证了方案的可行性,仿真结果显示,最终可产生60 mW的稳定输出信号。
复杂电磁环境
397 GHz斜注管互作用系统的设计模拟
苏思铭, 冯进军
2019, 31(12): 123102-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190368
摘要:
斜注管是返波振荡器的一种,通过电子注的倾斜,电子距离慢波结构更近,高频场更强,耦合阻抗和互作用效率更高,显著增加输出功率。对带状注斜注管的互作用系统进行了设计,并首次将双排齿慢波结构应用于斜注管。利用电磁模拟软件和3D粒子模拟软件对设计的斜注管的色散曲线和场分布进行了分析,并对其注-波互作用进行了模拟,可以得到大于100 mW的输出功率以及50 GHz的调谐带宽。输出功率在370.5 GHz频点处处达到峰值2.3 W,电子注电压7.0 kV,注电流120 mA,聚焦磁场1.0 T。
飞行器GNSS接收机静电放电干扰效应分析
范宇清, 程二威, 魏明, 张庆龙, 陈亚洲
2019, 31(12): 123201-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190268
摘要:
针对飞行器全球卫星导航系统接收机易受静电放电干扰的问题,研究了机体表面电晕放电与机务维修火花放电对接收机的干扰效应。分析了静电放电的时频域特征,使用针球电极与高压源组成的模拟器开展了电晕放电对接收机的前门耦合实验,证明了电晕脉冲产生的辐射场对接收机无明显干扰效应。基于人体金属ESD模型开展了火花放电对接收机的干扰效应实验,发现浪涌电流易导致接收机串口转换芯片电位波动,读写程序主循环卡死,应针对串口端进行静电阻抗器防护。
X波段超宽角扫描相控阵天线设计
陆娇君, 吴鸿超
2019, 31(12): 123202-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190226
摘要:
为了实现X波段超宽角扫描,提出一种新型的紧耦合阵列天线单元设计,并结合等效电路分析优化天线参数。采用集成式Marchand巴伦馈电,可以实现偶极子与巴伦共基板印刷,进而减小天线的重量与成本。阵列口径上方加载垂直寄生覆层及水平单层电介质板,两者共同作用以改善宽角扫描时阻抗变换。仿真结果表明该天线可实现X波段(8~12 GHz)E面80°、H面70°的扫描角,且有源驻波比小于3。该天线结构简单紧凑,易于加工制作。
粒子束技术
开口磁环的周期聚焦系统仿真分析与实验
郭祖根, 阳志新, 姬如静, 韩萍, 张瑞峰, 王琪, 王战亮, 宫玉彬, 巩华荣
2019, 31(12): 124001-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190208
摘要:
当前行波管周期永磁聚焦系统的波端口位置处的磁环通常采用单向开口磁环。在波端口位置引入波导阻抗调谐支节的基础上,提出了两种不同的双向开口磁环结构。利用三维电磁仿真软件Opera-3D,分析了双开口磁环的中心轴线附近的磁场,并据此进一步介绍了带双开口磁环周期永磁聚焦系统的设计方法。为了验证带双开口磁环的周期永磁聚焦系统应用的可行性,设计和测试了一套E波段折叠波导行波管电子光学系统。在行波管试验中,电子枪发射电流83 mA,带双开口磁环的周期永磁聚焦系统聚焦的电子束流通率达到99%。
脉冲功率技术
固态Marx发生器的过流保护研究
饶俊峰, 曾彤, 李孜, 姜松
2019, 31(12): 125001-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190138
摘要:
具有快速上升沿、低开关损耗的SiC MOSFET已逐渐在固态高压脉冲电源中使用。针对固态Marx发生器中的常见短路故障,分析了SiC MOSFET的过流损坏机制,提出了一种新型的带过流保护的驱动系统。该驱动系统不仅实现了宽驱动信号同步输出,同时能够在整个SiC MOSFET导通期间提供过电流钳制效果。驱动系统中的保护电路利用SiC MOSFET门极电压与漏极电流的关系,通过单个采样电阻和一对反向串联的稳压管将SiC MOSFET门极电压拉低的方式来限制过电流。实验结果表明:当开关管的导通电流较小时,虽然门极电压会有轻微下降,但是SiC MOSFET的导通阻抗仍然很低;而在过电流故障发生时,门极电压会被快速拉低,开关管的导通阻抗急剧上升,从而迅速将导通电流钳制在安全范围内。
反场构型等离子体靶压缩过程中强磁场对α粒子能量的约束效应
赵小明, 孙承纬, 孙奇志, 贾月松, 秦卫东
2019, 31(12): 125002-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190047
摘要:
基于一维弹塑性磁流体力学程序(SSS-MHD),研究了反场构型(FRC)等离子体靶在磁驱动固体套筒压缩过程中强磁场对α粒子能量约束效应,分析了α粒子的非局域和局域自加热对FRC等离子靶压缩峰值温度的影响,以及α粒子能量在整个压缩过程中端部损失效应。等离子体部分采用多温单流体的模型,能量的计算中引入了DT离子、电子及α粒子多成分温度的能量方程,同时考虑了等离子体压缩过程热平衡下的核反应和非局域自加热问题。研究结果表明,磁化靶聚变等离子体在压缩过程中具有较好的稳定性,能够保持刚性转子的靶结构,压缩过程形成的强磁场能够将α粒子的能量约束在O点附近的区域,有利于等离子体靶的点火及燃烧;α粒子对等离子体的自加热效应主要集中在等离子体电流中心区,而非等离子体中心轴处;α粒子对DT等离子体局域和非局域自加热过程存在差异,局域自加热过程的功率大于非局域自加热过程的功率,FRC等离子靶压缩峰值状态温度相差0.5倍。在反场构型的刮离层区,α粒子的能量端部损失在FRC等离子体靶的压缩和膨胀过程中逐渐增大。
喷射等离子体触发气体开关导通特性
张明康, 刘轩东, 沈曦, 梁成军
2019, 31(12): 125003-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190243
摘要:
利用内嵌微孔火花放电产生喷射等离子体、作用于两电极开关,研究了间隙距离、气压、气体种类、开关工作系数和电压极性配合等因素对等离子体喷射控制开关导通特性的影响。实验结果表明,等离子体喷射触发开关可在工作系数为10%的条件下可靠快速导通,当开关采用0.5 MPa_N2作为绝缘介质、间隙距离5 mm时,触发导通时延为11.7 μs,抖动为1.42 μs;当间隙距离增大到18 mm时,触发导通时延增大至19.7 μs,触发可靠性降低;当工作系数由10%增大到60%时,触发导通时延由11.7 μs降低至1.1 μs。在确保开关自击穿电压一致的前提下,短间隙、高气压、负触发脉冲电压、正工作电压更有利于减小开关触发导通时延。
Accelerator Technology
Nonlinear optimization for longitudinal beam injection in diffraction-limited synchrotron light sources
Shen Siqi, Tian Shunqiang, Zhang Qinglei, Wu Xu, Zhao Zhentang
2019, 31(12): 125101-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190196
摘要:
Storage rings of the next generation synchrotron light sources have quite small dynamic apertures with which transverse beam injection can hardly be efficient. The longitudinal beam injection may be a solution to this problem. To apply a longer kicker pulse, it is necessary to increase time offset of the injected beam to the stored one by reducing RF frequency. The beam with a longer time offset will have a higher momentum deviation due to synchrotron motion, thus full injection of this method requires the storage ring to provide large enough energy acceptance and off-momentum dynamic aperture. A candidate lattice of the upgraded Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF-U) was used to nonlinearly optimize the longitudinal beam injection. With the optimal results of a series of RF frequencies, it is found that there is a critical RF frequency below which lowering frequency could not help to lengthen the kicker pulse in a given lattice. The beam injection into the SSRF-U storage ring was simulated and reached high efficiency with its critical RF frequency and optimal sextupole gradients.
加速器技术
4 MeV闪光X光机轫致辐射靶设计
何辉, 禹海军, 王毅, 戴文华
2019, 31(12): 125102-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190273
摘要:
对4 MeV闪光X光机的轫致辐射靶参数进行了设计和模拟计算。利用蒙特卡罗程序,计算得到当轫致辐射靶的有效钽靶材厚度约为0.6 mm时,靶正前方1 m处产生的单脉冲X光的照射量值最大,可以达到约2.86×10-3 C/kg,满足4 MeV闪光X光机对其单脉冲X光的设计要求。对不同能量下的单脉冲电子束加载在轫致辐射靶上的能量沉积密度进行了计算和比较,分析研究了不同结构下的靶破坏,结果表明:轫致辐射靶采用叠靶结构的钽靶能够满足4 MeV闪光机的实验需求。
基于EPICS的CSRe束流诊断控制系统升级
李敏, 聂勇敢, 李生鹏, 李维龙, 董金梅, 陈玉聪, 赵铁城, 毛瑞士, 徐治国, 康新才, 冯永春, 赵祖龙, 王延谋, 马维年, 尹炎
2019, 31(12): 125103-1.  doi: 10.11884/HPLPB201931.190144
摘要:
兰州重离子加速器(HIRFL)冷却存储环的实验环(CSRe)提供高品质的束流用于高精度的质量测量、原子物理等实验研究,实现束流参数的准确测量是进行物理实验的前提保障。目前,CSRe加速器控制系统已升级为EPICS架构。介绍了基于EPICS的束流诊断控制系统现状,并利用升级后的控制系统测量了束流相关参数。其中,束流位置系统能够测量注入束流的逐圈位置信息,测量结果发现束流在注入过程中存在一定程度的震荡,影响注入效率。流强测量系统通过高分辨的数据采集卡实现对DCCT信号的精确测量,同时增加了D事例触发功能。升级后的控制系统,可以实现束流参数的测量,并集成于加速器控制系统的EPICS CSS界面。