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RSS2009年 21卷 第04期
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2009, 21.
摘要:
介绍了3维全电磁粒子模拟软件中外加波边界与粒子边界模块的设计思路和方法,其中外加波边界包括同轴波导、矩形波导、圆柱波导的电磁波输入和输出，以实际算例的形式计算了同轴波导TEM模、矩形波导TE10模、圆柱波导TM01模的传输特性；粒子边界包括粒子的发射与吸收。以实际算例的形式计算了一个用于MILO的同轴二极管爆炸发射模型，对其不同电压下的发射特性以及外加波注入功率进行了研究。研究发现:在外加波电压从低到高的情况下，电子先后表现为出了径向运动，轴向漂移和顺势流3个阶段的发射特性，符合物理规律。所得外加波传输的模式分布和粒子发射特性的计算结果分别验证了外加波和粒子发射模块设计的正确性和可靠性。
介绍了3维全电磁粒子模拟软件中外加波边界与粒子边界模块的设计思路和方法,其中外加波边界包括同轴波导、矩形波导、圆柱波导的电磁波输入和输出，以实际算例的形式计算了同轴波导TEM模、矩形波导TE10模、圆柱波导TM01模的传输特性；粒子边界包括粒子的发射与吸收。以实际算例的形式计算了一个用于MILO的同轴二极管爆炸发射模型，对其不同电压下的发射特性以及外加波注入功率进行了研究。研究发现:在外加波电压从低到高的情况下，电子先后表现为出了径向运动，轴向漂移和顺势流3个阶段的发射特性，符合物理规律。所得外加波传输的模式分布和粒子发射特性的计算结果分别验证了外加波和粒子发射模块设计的正确性和可靠性。
2009, 21.
摘要:
在对磁绝缘线振荡器（MILO）慢波结构色散特性进行理论分析的基础上，结合负载限制型和渐变型MILO的特点，对X波段MILO慢波结构、阴极和中心阳极进行了设计。利用2.5维全电磁PIC程序进行粒子模拟，研究了输出功率与结构参数之间的关系，进一步优化MILO结构。在外加电压为510 kV，束流43 kA情况下，模拟得到平均功率2.83 GW的微波输出，中心频率为8.2 GHz，功率转换效率12.9%。
在对磁绝缘线振荡器（MILO）慢波结构色散特性进行理论分析的基础上，结合负载限制型和渐变型MILO的特点，对X波段MILO慢波结构、阴极和中心阳极进行了设计。利用2.5维全电磁PIC程序进行粒子模拟，研究了输出功率与结构参数之间的关系，进一步优化MILO结构。在外加电压为510 kV，束流43 kA情况下，模拟得到平均功率2.83 GW的微波输出，中心频率为8.2 GHz，功率转换效率12.9%。
2009, 21.
摘要:
利用数值模拟的方法，研究了角向分区比例分别为1∶1，1∶2，1∶3，2∶1和2∶2的双频磁绝缘线振荡器（MILO）的微波产生特性，得到了“热腔”条件下的微波电场分布，电子的相空间图，输出微波的总功率，以及微波频率随角向的分布变化等特性。为了比较，还给出了对应于双频MILO的谐振腔深度的两种常规的角向均匀的单频MILO的模拟结果。研究揭示了双频MILO内束波互作用分区分别工作的规律，提高了对双频MILO产生双频率高功率微波的机理的认识，为双频MILO的双频辐射技术和双频微波测试技术提供了依据。
利用数值模拟的方法，研究了角向分区比例分别为1∶1，1∶2，1∶3，2∶1和2∶2的双频磁绝缘线振荡器（MILO）的微波产生特性，得到了“热腔”条件下的微波电场分布，电子的相空间图，输出微波的总功率，以及微波频率随角向的分布变化等特性。为了比较，还给出了对应于双频MILO的谐振腔深度的两种常规的角向均匀的单频MILO的模拟结果。研究揭示了双频MILO内束波互作用分区分别工作的规律，提高了对双频MILO产生双频率高功率微波的机理的认识，为双频MILO的双频辐射技术和双频微波测试技术提供了依据。
2009, 21.
摘要:
提出了一种采用单电子束实现C波段和X波段微波同时输出的新型相对论返波振荡器，该器件的束波作用区为中间用渐变段隔开的两段盘荷结构。使用Karat软件进行了2.5维全电磁粒子数值模拟，在工作电压为1 MV，电流为8 kA，导引磁场为3 T的条件下，输出微波功率大于1 GW，功率效率约为15%，输出的微波频率分别为5.42 GHz和9.58 GHz，二者频谱幅度相差2.17 dB，模式为TEM模。
提出了一种采用单电子束实现C波段和X波段微波同时输出的新型相对论返波振荡器，该器件的束波作用区为中间用渐变段隔开的两段盘荷结构。使用Karat软件进行了2.5维全电磁粒子数值模拟，在工作电压为1 MV，电流为8 kA，导引磁场为3 T的条件下，输出微波功率大于1 GW，功率效率约为15%，输出的微波频率分别为5.42 GHz和9.58 GHz，二者频谱幅度相差2.17 dB，模式为TEM模。
2009, 21.
摘要:
利用电磁场模拟软件模拟了BJ100矩形开口波导的增益特性，探讨了法兰和波导长度对矩形开口波导增益的影响，得出了开口波导增益随波导长度以半波长为周期振荡的规律。为了减小增益随频率的振荡，抑制法兰对开口波导增益的影响，采用在波导外壁宽边贴覆吸波材料的办法。数值模拟表明:在波导外壁宽边贴上吸波材料后，增益随频率振荡的现象减弱或消失，矩形开口波导方向图的主瓣变宽，中心的增益值最大，满足高功率微波辐射场测量中使用的要求。
利用电磁场模拟软件模拟了BJ100矩形开口波导的增益特性，探讨了法兰和波导长度对矩形开口波导增益的影响，得出了开口波导增益随波导长度以半波长为周期振荡的规律。为了减小增益随频率的振荡，抑制法兰对开口波导增益的影响，采用在波导外壁宽边贴覆吸波材料的办法。数值模拟表明:在波导外壁宽边贴上吸波材料后，增益随频率振荡的现象减弱或消失，矩形开口波导方向图的主瓣变宽，中心的增益值最大，满足高功率微波辐射场测量中使用的要求。
2009, 21.
摘要:
根据线性理论推导同轴相对论返波管色散方程和线性增长率，分别给出了波纹深度和波纹周期改变对于同轴相对论返波管线性增长率的影响规律，发现在一定范围内,减小波纹周期或者增大波纹深度能够降低结构波相速度，获得较大的线性增长率。
根据线性理论推导同轴相对论返波管色散方程和线性增长率，分别给出了波纹深度和波纹周期改变对于同轴相对论返波管线性增长率的影响规律，发现在一定范围内,减小波纹周期或者增大波纹深度能够降低结构波相速度，获得较大的线性增长率。
2009, 21.
摘要:
建立了带输入波导结构的S波段速调管放大器输入腔开放腔模型，利用3维软件对其高频特性进行了数值计算研究，并对输入腔结构进行了优化设计。利用已加工的输入腔进行了高频参数的冷测实验研究，实验中的输入腔结构尺寸与高频分析中的完全相同，实验结果与高频分析结果一致。用3维PIC程序对电子束经过该输入腔后的束流调制以及注入微波的吸收情况进行了模拟。模拟结果表明：该输入腔与微波注入波导匹配很好，注入微波能被电子束和谐振腔全部吸收，在输入腔间隙后37 cm处得到了13%的基波电流调制深度。
建立了带输入波导结构的S波段速调管放大器输入腔开放腔模型，利用3维软件对其高频特性进行了数值计算研究，并对输入腔结构进行了优化设计。利用已加工的输入腔进行了高频参数的冷测实验研究，实验中的输入腔结构尺寸与高频分析中的完全相同，实验结果与高频分析结果一致。用3维PIC程序对电子束经过该输入腔后的束流调制以及注入微波的吸收情况进行了模拟。模拟结果表明：该输入腔与微波注入波导匹配很好，注入微波能被电子束和谐振腔全部吸收，在输入腔间隙后37 cm处得到了13%的基波电流调制深度。
2009, 21.
摘要:
开展了峰值功率10 MW、平均功率150kW的L波段多注速调管的研究工作。采用均匀场多透镜聚焦系统对多电子注进行聚焦，获得了具有良好层流性和波动性的旁轴多注电子光学系统；采用二次谐波腔，对6个电子注、6个同轴谐振腔结构的速调管进行了注波互作用计算。结果表明，当电子注电压为115 kV，电流为132 A时，可获得大于10 MW的脉冲输出功率，大于65%的输出效率和大于45 dB的增益。
开展了峰值功率10 MW、平均功率150kW的L波段多注速调管的研究工作。采用均匀场多透镜聚焦系统对多电子注进行聚焦，获得了具有良好层流性和波动性的旁轴多注电子光学系统；采用二次谐波腔，对6个电子注、6个同轴谐振腔结构的速调管进行了注波互作用计算。结果表明，当电子注电压为115 kV，电流为132 A时，可获得大于10 MW的脉冲输出功率，大于65%的输出效率和大于45 dB的增益。
2009, 21.
摘要:
设计了一种L波段同轴引出电子束相对论返波振荡器，采用KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内束-波作用的物理过程,分析了二极管电压和导引磁场对产生微波频率和束-波转换效率的影响。模拟结果表明:该器件在小型化，中等磁场的条件下具有较高的束-波作用效率。在电子束能量700 keV，电子束流10 kA，导引磁场为1.0 T时，器件在频率1.62 GHz处获得较高的微波输出，饱和后微波的平均功率达2.2 GW，平均效率约为30%，器件最大径向半径仅为5.0 cm。
设计了一种L波段同轴引出电子束相对论返波振荡器，采用KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内束-波作用的物理过程,分析了二极管电压和导引磁场对产生微波频率和束-波转换效率的影响。模拟结果表明:该器件在小型化，中等磁场的条件下具有较高的束-波作用效率。在电子束能量700 keV，电子束流10 kA，导引磁场为1.0 T时，器件在频率1.62 GHz处获得较高的微波输出，饱和后微波的平均功率达2.2 GW，平均效率约为30%，器件最大径向半径仅为5.0 cm。
2009, 21.
摘要:
采用陶瓷无感电容器作为储能介质，设计了一种低阻抗高储能密度的中等高压脉冲形成网络。该脉冲形成网络采用无感陶瓷电容器作为储能介质，每一个电容器的容值为1.7 nF。电容器采用相对介电常数较高的钛酸钡作为材料，单个电容器的直径为6 cm、高度为4 cm，该电容器在变压器油中的工作电压可以达到50 kV。实验结果表明，设计的单线型中等高压脉冲形成网络可在1 Ω的匹配负载上获得半高宽220 ns，前沿为40 ns的高压脉冲，能很好满足脉冲功率系统小型化的应用要求。实验研究还表明，设计的低阻抗Blumlein型脉冲形成网络，在工作电压为44 kV时可在2.5 Ω的低阻抗负载上获得脉宽230 ns，前沿约为50 ns的脉冲。
采用陶瓷无感电容器作为储能介质，设计了一种低阻抗高储能密度的中等高压脉冲形成网络。该脉冲形成网络采用无感陶瓷电容器作为储能介质，每一个电容器的容值为1.7 nF。电容器采用相对介电常数较高的钛酸钡作为材料，单个电容器的直径为6 cm、高度为4 cm，该电容器在变压器油中的工作电压可以达到50 kV。实验结果表明，设计的单线型中等高压脉冲形成网络可在1 Ω的匹配负载上获得半高宽220 ns，前沿为40 ns的高压脉冲，能很好满足脉冲功率系统小型化的应用要求。实验研究还表明，设计的低阻抗Blumlein型脉冲形成网络，在工作电压为44 kV时可在2.5 Ω的低阻抗负载上获得脉宽230 ns，前沿约为50 ns的脉冲。
2009, 21.
摘要:
利用互补天线原理从理论上推导了真空、介质窄缝的共振频率公式，在理想窄缝长度小于5倍波长、辐射角度偏离垂直方向小于30°的情况下，孔缝的共振频率点仍然可以用半波振子的辐射情况来解释，共振点满足孔缝长度等于入射波的半个波长；介质窄缝等效为半个孔缝深度的微带贴片天线，不同介电常数介质填充时的共振频率理论公式推导值和数值模拟值基本一致，相对误差在5%以内。进一步分析了窄缝阵列的耦合性能，结果表明互补天线原理可以很好地应用于分析和求解孔缝的共振性能。
利用互补天线原理从理论上推导了真空、介质窄缝的共振频率公式，在理想窄缝长度小于5倍波长、辐射角度偏离垂直方向小于30°的情况下，孔缝的共振频率点仍然可以用半波振子的辐射情况来解释，共振点满足孔缝长度等于入射波的半个波长；介质窄缝等效为半个孔缝深度的微带贴片天线，不同介电常数介质填充时的共振频率理论公式推导值和数值模拟值基本一致，相对误差在5%以内。进一步分析了窄缝阵列的耦合性能，结果表明互补天线原理可以很好地应用于分析和求解孔缝的共振性能。
2009, 21.
摘要:
利用求解格林函数的方法，对束流预调制型同轴虚阴极振荡器进行了初步理论分析。分析结果表明，相同参数入射电子束同轴虚阴极振荡器的束波转换效率正比于预调制深度的平方，提高预调制的深度可以很好地提高束波转换效率；任意的束波互作用区结构参数和入射束流分布参数，都会存在一个对应工作状态下最大束波转换效率的最佳预调制频率，合理选择预调制频率可以优化同轴虚阴极振荡器的微波输出。
利用求解格林函数的方法，对束流预调制型同轴虚阴极振荡器进行了初步理论分析。分析结果表明，相同参数入射电子束同轴虚阴极振荡器的束波转换效率正比于预调制深度的平方，提高预调制的深度可以很好地提高束波转换效率；任意的束波互作用区结构参数和入射束流分布参数，都会存在一个对应工作状态下最大束波转换效率的最佳预调制频率，合理选择预调制频率可以优化同轴虚阴极振荡器的微波输出。
2009, 21.
摘要:
为规范微波效应实验最小样本量，采用区间估计的统计推断方法，开展了样本作用概率与总体作用概率对应关系的分析和研究工作，对满足一定置信度和一定总体作用概率下所需要的最小样本量进行估计。研究结果表明，实验最小样本量确定为10是较为合理的。在80％的置信度下，当10支样本量样本作用概率达到70％时，总体作用概率置信下限约为51.6％。通过该方法能够将所获取的微波效应数据通过同一指标“总体作用概率置信下限”进行有效整理。
为规范微波效应实验最小样本量，采用区间估计的统计推断方法，开展了样本作用概率与总体作用概率对应关系的分析和研究工作，对满足一定置信度和一定总体作用概率下所需要的最小样本量进行估计。研究结果表明，实验最小样本量确定为10是较为合理的。在80％的置信度下，当10支样本量样本作用概率达到70％时，总体作用概率置信下限约为51.6％。通过该方法能够将所获取的微波效应数据通过同一指标“总体作用概率置信下限”进行有效整理。
2009, 21.
摘要:
研究了重复频率高功率微波脉冲作用下的大气击穿。分析了重复频率脉冲作用下电子的弛豫过程，对脉冲间隔时间内电子温度和自由电子密度的变化规律进行了研究，得出了电子温度弛豫时间远小于电子密度弛豫时间的结论。分析了电子弛豫过程的附着效应和复合效应，给出了高功率微波重复频率脉冲作用下发生大气击穿的条件和重复频率高功率微波大气击穿的电子数密度方程。
研究了重复频率高功率微波脉冲作用下的大气击穿。分析了重复频率脉冲作用下电子的弛豫过程，对脉冲间隔时间内电子温度和自由电子密度的变化规律进行了研究，得出了电子温度弛豫时间远小于电子密度弛豫时间的结论。分析了电子弛豫过程的附着效应和复合效应，给出了高功率微波重复频率脉冲作用下发生大气击穿的条件和重复频率高功率微波大气击穿的电子数密度方程。
2009, 21.
摘要:
介绍了三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的工作原理，设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线，并对此阵列天线进行了实验研究。实验结果表明：阵列天线在中心频率4.0 GHz 下，增益为15.3 dB，轴向轴比值1.58，驻波比为1.3，口径效率为86%；在3.8～4.2 GHz的频率范围内可实现圆极化定向辐射，增益大于14.9 dB，轴比值小于1.7，驻波比小于1.6。
介绍了三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的工作原理，设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线，并对此阵列天线进行了实验研究。实验结果表明：阵列天线在中心频率4.0 GHz 下，增益为15.3 dB，轴向轴比值1.58，驻波比为1.3，口径效率为86%；在3.8～4.2 GHz的频率范围内可实现圆极化定向辐射，增益大于14.9 dB，轴比值小于1.7，驻波比小于1.6。
2009, 21.
摘要:
利用量子效应原理分析了波包在势阱中的传输，通过分类讨论得出了出现共振透射现象的条件。将其与已有高功率微波孔缝耦合的数值模拟和实验结果相比较发现：其共振条件和使用数值模拟和实验得到的共振条件基本一致，即垂直入射电场分量的缝（或边）为入射半波长的整数倍时会出现共振增强现象。不仅验证了已有的高功率微波孔缝耦合数值模拟和实验结果，而且有助于解释一些复杂电子系统高功率微波效应实验中出现的强耦合现象。
利用量子效应原理分析了波包在势阱中的传输，通过分类讨论得出了出现共振透射现象的条件。将其与已有高功率微波孔缝耦合的数值模拟和实验结果相比较发现：其共振条件和使用数值模拟和实验得到的共振条件基本一致，即垂直入射电场分量的缝（或边）为入射半波长的整数倍时会出现共振增强现象。不仅验证了已有的高功率微波孔缝耦合数值模拟和实验结果，而且有助于解释一些复杂电子系统高功率微波效应实验中出现的强耦合现象。
2009, 21.
摘要:
HPM对微波器件的输出脉冲影响主要有幅度变化、脉宽变化、相位变化以及暂时性压制，以此为基础建立了4种效应参量的模型，分别是衰减因子、脉宽、相移和压制时间。在建立效应参量模型时，参照分离变量法，提出使用加权函数的方法把多维函数分解成多个１维函数相乘，基本解决了利用有限实验数据建立数学模型的问题。给出了利用效应数据建立数学模型所常用的几种数据处理方法，如曲线拟合、查表／插值和概率统计，并给出了该方法在TR放电管效应评估中的使用实例。
HPM对微波器件的输出脉冲影响主要有幅度变化、脉宽变化、相位变化以及暂时性压制，以此为基础建立了4种效应参量的模型，分别是衰减因子、脉宽、相移和压制时间。在建立效应参量模型时，参照分离变量法，提出使用加权函数的方法把多维函数分解成多个１维函数相乘，基本解决了利用有限实验数据建立数学模型的问题。给出了利用效应数据建立数学模型所常用的几种数据处理方法，如曲线拟合、查表／插值和概率统计，并给出了该方法在TR放电管效应评估中的使用实例。
2009, 21.
摘要:
提出了一种基于闭式谐振腔TM0mn模式测量微波介质材料复介电常数的方法。利用模式匹配技术、Ritz-Galerkin方法以及传输模品质因数测量法导出了介质材料相对介电常数和损耗角正切的测量公式。最后，利用矢量网络分析仪对常用天线罩材料进行了扫频测量，结果表明：高分子量聚乙烯在3~6 GHz范围内的相对介电常数为2.30±0.05，损耗角正切为(1.8~2.0)×10-4。
提出了一种基于闭式谐振腔TM0mn模式测量微波介质材料复介电常数的方法。利用模式匹配技术、Ritz-Galerkin方法以及传输模品质因数测量法导出了介质材料相对介电常数和损耗角正切的测量公式。最后，利用矢量网络分析仪对常用天线罩材料进行了扫频测量，结果表明：高分子量聚乙烯在3~6 GHz范围内的相对介电常数为2.30±0.05，损耗角正切为(1.8~2.0)×10-4。
2009, 21.
摘要:
介绍了集成电路高功率微波易损性的基本概念，给出了利用人工神经网络建立集成电路高功率微波易损性预测评估模型的基本步骤，通过一个实例，对预测评估模型的有效性进行了检验。实践表明：人工神经网络作为一个有效工具，可以较好地应用到集成电路高功率微波易损性预测评估工作中。
介绍了集成电路高功率微波易损性的基本概念，给出了利用人工神经网络建立集成电路高功率微波易损性预测评估模型的基本步骤，通过一个实例，对预测评估模型的有效性进行了检验。实践表明：人工神经网络作为一个有效工具，可以较好地应用到集成电路高功率微波易损性预测评估工作中。
2009, 21.
摘要:
将时域有限差分（FDTD）法和外场激励下屏蔽电缆的传输线模型相结合,研究计算了外场激励下带缝金属腔内屏蔽电缆的终端负载响应。首先利用FDTD计算了腔内屏蔽电缆处的激励场，然后由得到的激励场和外场激励下屏蔽电缆的传输线模型计算得到屏蔽电缆的终端响应。研究表明，屏蔽电缆对外场干扰具有良好的屏蔽性能。该方法需要的内存和计算量较小，并且使用简单方便。
将时域有限差分（FDTD）法和外场激励下屏蔽电缆的传输线模型相结合,研究计算了外场激励下带缝金属腔内屏蔽电缆的终端负载响应。首先利用FDTD计算了腔内屏蔽电缆处的激励场，然后由得到的激励场和外场激励下屏蔽电缆的传输线模型计算得到屏蔽电缆的终端响应。研究表明，屏蔽电缆对外场干扰具有良好的屏蔽性能。该方法需要的内存和计算量较小，并且使用简单方便。
2009, 21.
摘要:
用多模传输线模型对高功率微波与双层屏蔽腔体的孔缝耦合特性进行了研究，此方法可以考虑高功率微波孔缝耦合进入腔内时的较宽的频率范围。用这种模拟方法获得了双层屏蔽腔体微波耦合的一些规律性结果：双层屏蔽可以使得腔体内的耦合电场比单层屏蔽时有显著的减弱，这与FDTD方法的结论是一致的；双层屏蔽外腔体中的一些谐振会影响到内腔体的耦合系数，外腔体中的场模式经由内孔缝会影响内腔体中的场模式；不论是单层屏蔽还是双层屏蔽，保持每层孔缝总面积不变时，随着孔阵中孔缝数量的增加，进入腔体内的耦合电场也逐步地减弱，这与单层屏蔽时的结论一致；通风总面积不变的情况下，孔缝数量越多，屏蔽效能越好。
用多模传输线模型对高功率微波与双层屏蔽腔体的孔缝耦合特性进行了研究，此方法可以考虑高功率微波孔缝耦合进入腔内时的较宽的频率范围。用这种模拟方法获得了双层屏蔽腔体微波耦合的一些规律性结果：双层屏蔽可以使得腔体内的耦合电场比单层屏蔽时有显著的减弱，这与FDTD方法的结论是一致的；双层屏蔽外腔体中的一些谐振会影响到内腔体的耦合系数，外腔体中的场模式经由内孔缝会影响内腔体中的场模式；不论是单层屏蔽还是双层屏蔽，保持每层孔缝总面积不变时，随着孔阵中孔缝数量的增加，进入腔体内的耦合电场也逐步地减弱，这与单层屏蔽时的结论一致；通风总面积不变的情况下，孔缝数量越多，屏蔽效能越好。
2009, 21.
摘要:
根据耦合波理论，推导出轴对称渐变波导中, 考虑波导壁损耗时的多模传输时域耦合波方程组，并给出该方程组中各模式间耦合系数的具体表达式。据此编写了渐变波导中多模传输特性数值模拟程序。利用该程序计算了在THz波段圆波导中的模式衰减，在THz波段研究波导中的多模传输特性时，必须考虑波导壁的阻抗损耗影响。数值分析了直波导中的模式耦合问题，从而证实了波导壁有限电导率能产生模式耦合这一耦合机制。介绍了利用该程序数值分析波导耦合器和过渡器中多模传输特性的两个例子，利用该程序可对波导耦合器和过渡器中的多模传输特性进行数值模拟分析，进而对结构进行设计和优化。
根据耦合波理论，推导出轴对称渐变波导中, 考虑波导壁损耗时的多模传输时域耦合波方程组，并给出该方程组中各模式间耦合系数的具体表达式。据此编写了渐变波导中多模传输特性数值模拟程序。利用该程序计算了在THz波段圆波导中的模式衰减，在THz波段研究波导中的多模传输特性时，必须考虑波导壁的阻抗损耗影响。数值分析了直波导中的模式耦合问题，从而证实了波导壁有限电导率能产生模式耦合这一耦合机制。介绍了利用该程序数值分析波导耦合器和过渡器中多模传输特性的两个例子，利用该程序可对波导耦合器和过渡器中的多模传输特性进行数值模拟分析，进而对结构进行设计和优化。
2009, 21.
摘要:
介绍了一种电容加载双导体平板传输线型PFN，分析了PFN的波传播特性，提出通过减小加载电容间距提高PFN上限截止频率、减小阻抗色散的方法；采用损耗线模型分析了串联PFN的端部反射系数，研究了减小反射系数的方法；分析了串联PFN的磁耦合问题，从理论和实验两方面研究了PFN几何参数和排布方式对电流脉冲的影响。基于串联PFN和Tesla变压器技术，研制成功一台长脉冲功率源，输出电压脉冲幅度超过300 kV，脉冲宽度110 ns，前沿小于10 ns，功率超过2 GW。
介绍了一种电容加载双导体平板传输线型PFN，分析了PFN的波传播特性，提出通过减小加载电容间距提高PFN上限截止频率、减小阻抗色散的方法；采用损耗线模型分析了串联PFN的端部反射系数，研究了减小反射系数的方法；分析了串联PFN的磁耦合问题，从理论和实验两方面研究了PFN几何参数和排布方式对电流脉冲的影响。基于串联PFN和Tesla变压器技术，研制成功一台长脉冲功率源，输出电压脉冲幅度超过300 kV，脉冲宽度110 ns，前沿小于10 ns，功率超过2 GW。
2009, 21.
摘要:
设计了一种高功率宽带微波辐射装置，谐振器采用传输线型谐振器，其中，天线采用单锥喇叭。整个宽带微波产生装置具有结构紧凑、谐振频率较低的特点。用时域有限差分对该装置进行了数值模拟，模拟结果为：辐射场中心频率272 MHz，带宽13.5%。装置与高压脉冲源联试，开关内充电电压为71 kV时，辐射场中心频率为197 MHz，辐射场带宽达到24%，峰值辐射因子为28.3 kV。
设计了一种高功率宽带微波辐射装置，谐振器采用传输线型谐振器，其中，天线采用单锥喇叭。整个宽带微波产生装置具有结构紧凑、谐振频率较低的特点。用时域有限差分对该装置进行了数值模拟，模拟结果为：辐射场中心频率272 MHz，带宽13.5%。装置与高压脉冲源联试，开关内充电电压为71 kV时，辐射场中心频率为197 MHz，辐射场带宽达到24%，峰值辐射因子为28.3 kV。
2009, 21.
摘要:
介绍了一种水介质脉冲形成线强流电子束加速器的输出开关的设计和实验结果。水介质脉冲形成线为单同轴螺旋结构，阻抗约9 Ω，充电电压为1.2 MV，匹配负载输出电压600 kV，脉冲宽度100 ns，形成线长度1.1 m，最大外径35 cm。输出开关采用简单的自击穿火花开关形式，主要采用了以下设计原则：（1）电极间隙的场增强因子小于1.4，使SF6的击穿电压压强曲线尽可能线性；（2）电极间平均场强300 kV/cm，大于材料沿面界面场强的3倍以上，避免发生沿面闪络；（3）控制各结合点的场强，使其小于30 kV/cm；（4）减少开关室的体积，以保证最大的机械强度。该开关结构紧凑，总长度为12 cm，电感小于100 nH、击穿电压和气压的线性关系好，可在0.3~1.2 MV的较宽范围内调节。实验中开关运行稳定可靠，达到了设计要求。
介绍了一种水介质脉冲形成线强流电子束加速器的输出开关的设计和实验结果。水介质脉冲形成线为单同轴螺旋结构，阻抗约9 Ω，充电电压为1.2 MV，匹配负载输出电压600 kV，脉冲宽度100 ns，形成线长度1.1 m，最大外径35 cm。输出开关采用简单的自击穿火花开关形式，主要采用了以下设计原则：（1）电极间隙的场增强因子小于1.4，使SF6的击穿电压压强曲线尽可能线性；（2）电极间平均场强300 kV/cm，大于材料沿面界面场强的3倍以上，避免发生沿面闪络；（3）控制各结合点的场强，使其小于30 kV/cm；（4）减少开关室的体积，以保证最大的机械强度。该开关结构紧凑，总长度为12 cm，电感小于100 nH、击穿电压和气压的线性关系好，可在0.3~1.2 MV的较宽范围内调节。实验中开关运行稳定可靠，达到了设计要求。
2009, 21.
摘要:
提高天线增益和辐射效率是瞬态天线研究的重要内容之一。通过设定高斯脉冲激励波形，导出了瞬态辐射的能量阵列因子,分析了1维对称均匀天线阵列的瞬态辐射特性。结果表明:阵列的辐射波形与观察时间区间和角度有关，瞬态与稳态特性差异明显，时域辐射方向图与脉冲宽度有关，阵列可实现时域波束扫描。设计了介质加载天线阵，并采用3维电磁场分析软件进行了时域仿真计算，分析了介质加载对天线辐射特性的影响。研究表明:有介质加载的天线前向辐射电场峰值比没有介质加载的天线增加逾1倍，即瞬态辐射功率增大了3倍多,通过对计算和仿真结果的分析比较，验证了分析和设计方法的正确性和有效性。
提高天线增益和辐射效率是瞬态天线研究的重要内容之一。通过设定高斯脉冲激励波形，导出了瞬态辐射的能量阵列因子,分析了1维对称均匀天线阵列的瞬态辐射特性。结果表明:阵列的辐射波形与观察时间区间和角度有关，瞬态与稳态特性差异明显，时域辐射方向图与脉冲宽度有关，阵列可实现时域波束扫描。设计了介质加载天线阵，并采用3维电磁场分析软件进行了时域仿真计算，分析了介质加载对天线辐射特性的影响。研究表明:有介质加载的天线前向辐射电场峰值比没有介质加载的天线增加逾1倍，即瞬态辐射功率增大了3倍多,通过对计算和仿真结果的分析比较，验证了分析和设计方法的正确性和有效性。
2009, 21.
摘要:
基于紧凑重复频率Tesla变压器实验平台，运用设计加工的紧凑型内部气流循环式火花隙开关，对吹气提高火花隙开关重复频率运行性能进行系统的实验研究，结果表明：重复频率小于50 Hz时，火花隙开关击穿电压不稳定度(RMS)小于5%，不需要吹气；在给定吹气速度下，火花隙开关重复频率运行存在临界重复频率；火花隙开关重复频率运行存在最佳吹气速度，且最佳吹气速度与重复频率之间满足线性关系，并可由实验确定；在优化吹气速度条件下，当气压处于0.7~1.5 MPa范围时，该火花隙开关击穿电压不稳定度(RMS)小于3%；在2.0 MPa的压强范围内，该吹气式火花隙开关可稳定工作至重复频率300 Hz，击穿电压400 kV。
基于紧凑重复频率Tesla变压器实验平台，运用设计加工的紧凑型内部气流循环式火花隙开关，对吹气提高火花隙开关重复频率运行性能进行系统的实验研究，结果表明：重复频率小于50 Hz时，火花隙开关击穿电压不稳定度(RMS)小于5%，不需要吹气；在给定吹气速度下，火花隙开关重复频率运行存在临界重复频率；火花隙开关重复频率运行存在最佳吹气速度，且最佳吹气速度与重复频率之间满足线性关系，并可由实验确定；在优化吹气速度条件下，当气压处于0.7~1.5 MPa范围时，该火花隙开关击穿电压不稳定度(RMS)小于3%；在2.0 MPa的压强范围内，该吹气式火花隙开关可稳定工作至重复频率300 Hz，击穿电压400 kV。
2009, 21.
摘要:
采用有限元方法，针对水介质Blumlein结构的Spark-03加速器进行了相关参数的计算。给出了准确的2维CAD模型，对各个部分做了介绍，计算出加速器内部电场分布；利用对电场能量积分的方法，当Blumlein传输线的内筒、中筒分别充电时，对传输线各个部分进行能量积分，给出了加速器各个部分电容的数值；将计算结果与理论值、实验结果相比较，证明了此方法可以更准确的计算加速器电容。应用此方法，可以对不同类型的电容储能型加速器进行参数的模拟计算。
采用有限元方法，针对水介质Blumlein结构的Spark-03加速器进行了相关参数的计算。给出了准确的2维CAD模型，对各个部分做了介绍，计算出加速器内部电场分布；利用对电场能量积分的方法，当Blumlein传输线的内筒、中筒分别充电时，对传输线各个部分进行能量积分，给出了加速器各个部分电容的数值；将计算结果与理论值、实验结果相比较，证明了此方法可以更准确的计算加速器电容。应用此方法，可以对不同类型的电容储能型加速器进行参数的模拟计算。
2009, 21.
摘要:
介绍了一种应用于强流束二极管的径向绝缘结构，并对其在纳秒脉冲条件下的沿面闪络放电现象进行了研究。使用计算机模拟静电场的方法，对锥形结构绝缘子表面的电场分布进行了研究，优化了几何结构参数。在脉宽为40 ns，重复频率100 Hz的脉冲功率源上对绝缘子进行了实验研究。在历时18个月及100 000次脉冲实验后，发现绝缘子表面具有明显的树枝状放电现象，树枝状放电的根部碳化严重，绝缘子深度方向被完全击穿碳化，出现孔洞。基于固-液交界面闪络特性，对树枝状放电的可能原因进行了探讨。
介绍了一种应用于强流束二极管的径向绝缘结构，并对其在纳秒脉冲条件下的沿面闪络放电现象进行了研究。使用计算机模拟静电场的方法，对锥形结构绝缘子表面的电场分布进行了研究，优化了几何结构参数。在脉宽为40 ns，重复频率100 Hz的脉冲功率源上对绝缘子进行了实验研究。在历时18个月及100 000次脉冲实验后，发现绝缘子表面具有明显的树枝状放电现象，树枝状放电的根部碳化严重，绝缘子深度方向被完全击穿碳化，出现孔洞。基于固-液交界面闪络特性，对树枝状放电的可能原因进行了探讨。
2009, 21.
摘要:
研究了电感储能功率调节装置中的电爆炸丝断路开关在强电流作用下发生电爆炸后，储能电感上感生的高压脉冲驱动脉冲变压器在低阻抗（19 Ω）负载上得到的电脉冲。利用Ansoft Simplorer 7仿真软件建立了相关模块化集中参数电路模型，首先估算选取典型电路参数进行了程序编制、调试和模拟计算，得到了正确收敛的数值结果。在此基础上进行了实验研究，并将实际电路参数代入电路模型计算，模拟程序得到了与实验吻合的计算结果。现有研究表明，电爆炸丝驱动脉冲变压器在低阻抗负载上不能产生超高压脉冲，但可显著展宽负载得到的电压脉宽，在需要长脉宽应用场合有潜在的应用前景。
研究了电感储能功率调节装置中的电爆炸丝断路开关在强电流作用下发生电爆炸后，储能电感上感生的高压脉冲驱动脉冲变压器在低阻抗（19 Ω）负载上得到的电脉冲。利用Ansoft Simplorer 7仿真软件建立了相关模块化集中参数电路模型，首先估算选取典型电路参数进行了程序编制、调试和模拟计算，得到了正确收敛的数值结果。在此基础上进行了实验研究，并将实际电路参数代入电路模型计算，模拟程序得到了与实验吻合的计算结果。现有研究表明，电爆炸丝驱动脉冲变压器在低阻抗负载上不能产生超高压脉冲，但可显著展宽负载得到的电压脉宽，在需要长脉宽应用场合有潜在的应用前景。
2009, 21.
摘要:
设计了3种结构的同轴Peaking-Chopping组合型亚纳秒气体开关，以半导体开路开关脉冲源为实验平台，分别对它们的击穿特性进行了实验研究。结果表明：亚纳秒气体开关采用环形组合电极Ⅱ时，可以在1～500 Hz稳定工作，输出前沿400 ps、后沿320 ps、脉冲宽度460 ps和电压129.2 kV的脉冲。开关输出脉冲的前后沿、脉冲宽度和电压幅度与开关间隙、气压和重复频率等因素有关，亚纳秒气体开关在小间隙（1～2 mm）、高气压（约10 MPa）时具有良好的重频特性。在开关气压和输入脉冲幅度不变时，输入脉冲上升沿越快，开关的击穿时延越小，击穿电压越高。
设计了3种结构的同轴Peaking-Chopping组合型亚纳秒气体开关，以半导体开路开关脉冲源为实验平台，分别对它们的击穿特性进行了实验研究。结果表明：亚纳秒气体开关采用环形组合电极Ⅱ时，可以在1～500 Hz稳定工作，输出前沿400 ps、后沿320 ps、脉冲宽度460 ps和电压129.2 kV的脉冲。开关输出脉冲的前后沿、脉冲宽度和电压幅度与开关间隙、气压和重复频率等因素有关，亚纳秒气体开关在小间隙（1～2 mm）、高气压（约10 MPa）时具有良好的重频特性。在开关气压和输入脉冲幅度不变时，输入脉冲上升沿越快，开关的击穿时延越小，击穿电压越高。
2009, 21.
摘要:
分析了四级传输线脉冲变压器的电路结构，采用等效电路方法简化了电路，推导了输出电压波形的表达式。开展了冷测实验,结果显示传输变压器变压比约为4,变压器上升时间约为48 ns。采用实验所测参数,利用PSPICE软件对全电路进行了数值模拟。结果表明:模拟和冷测结果基本一致。将各元件参数代入波形表达式,结果表明:传输变压器上升时间计算值为12 ns,与实验值(48 ns)有一定差距;而传输变压器变压比计算值为3.98,与实验结果基本吻合。
分析了四级传输线脉冲变压器的电路结构，采用等效电路方法简化了电路，推导了输出电压波形的表达式。开展了冷测实验,结果显示传输变压器变压比约为4,变压器上升时间约为48 ns。采用实验所测参数,利用PSPICE软件对全电路进行了数值模拟。结果表明:模拟和冷测结果基本一致。将各元件参数代入波形表达式,结果表明:传输变压器上升时间计算值为12 ns,与实验值(48 ns)有一定差距;而传输变压器变压比计算值为3.98,与实验结果基本吻合。
2009, 21.
摘要:
介绍了发生器的结构特点，采用有限元数值方法对开关腔体内静电场进行了3维模拟计算，通过理论分析和实验研究，研制了1台12级重复频率Marx发生器，该发生器采用正负双边恒流充电方式及全电感隔离，其主要元器件间基本呈无感排列，结构简单、紧凑。实验结果显示：发生器输出电压为532 kV，脉冲前沿约40 ns，建立时间约32 ns；开关腔内充纯净SF6气体，可以在重复频率1~50 Hz下稳定运行。
介绍了发生器的结构特点，采用有限元数值方法对开关腔体内静电场进行了3维模拟计算，通过理论分析和实验研究，研制了1台12级重复频率Marx发生器，该发生器采用正负双边恒流充电方式及全电感隔离，其主要元器件间基本呈无感排列，结构简单、紧凑。实验结果显示：发生器输出电压为532 kV，脉冲前沿约40 ns，建立时间约32 ns；开关腔内充纯净SF6气体，可以在重复频率1~50 Hz下稳定运行。
