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RSS2017年 29卷 第11期
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2017, 29: 110101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170217
摘要:
报道了一台基于同带泵浦技术的主振荡功率放大(MOPA)结构超荧光光纤光源。首先利用自行搭建的超荧光种子源获得了半高全宽(FWHM)线宽10.3 nm的宽谱超荧光种子，经光谱滤波得到FWHM线宽1.8 nm的窄谱种子光；种子光经二级预放大器放大至104.4 W后注入主放大器；主放大器最高输出功率3.14 kW，最高输出功率时光光转换效率80.74%，光谱FWHM线宽4.68 nm，光束质量因子为1.59。进一步提高系统泵浦功率有望获得更高功率输出。
报道了一台基于同带泵浦技术的主振荡功率放大(MOPA)结构超荧光光纤光源。首先利用自行搭建的超荧光种子源获得了半高全宽(FWHM)线宽10.3 nm的宽谱超荧光种子，经光谱滤波得到FWHM线宽1.8 nm的窄谱种子光；种子光经二级预放大器放大至104.4 W后注入主放大器；主放大器最高输出功率3.14 kW，最高输出功率时光光转换效率80.74%，光谱FWHM线宽4.68 nm，光束质量因子为1.59。进一步提高系统泵浦功率有望获得更高功率输出。
2017, 29: 111001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170129
摘要:
为深入了解熔石英元件化学刻蚀过程，研究了HF刻蚀反应机理、HF刻蚀工艺参数以及刻蚀对表面质量的影响规律。通过控制变量法，获得刻蚀速率随HF浓度、刻蚀温度以及NH4F浓度的变化规律。对刻蚀不同深度后的元件表面粗糙度、形貌、杂质含量以及激光损伤阈值进行了检测，实验结果表明：刻蚀速率受多种因素共同影响，其中HF浓度的促进作用最为显著；刻蚀后的熔石英表面形貌复杂，有横向、纵向、拖尾等形式的划痕，以及坑点、杂质等缺陷，其中横向划痕和纵向划痕占据了缺陷部分的主体，主要杂质铈元素随刻蚀时间的增长不断减少；激光损伤阈值测量实验表明，通过HF刻蚀将元件损伤阈值提高了59.6%。
为深入了解熔石英元件化学刻蚀过程，研究了HF刻蚀反应机理、HF刻蚀工艺参数以及刻蚀对表面质量的影响规律。通过控制变量法，获得刻蚀速率随HF浓度、刻蚀温度以及NH4F浓度的变化规律。对刻蚀不同深度后的元件表面粗糙度、形貌、杂质含量以及激光损伤阈值进行了检测，实验结果表明：刻蚀速率受多种因素共同影响，其中HF浓度的促进作用最为显著；刻蚀后的熔石英表面形貌复杂，有横向、纵向、拖尾等形式的划痕，以及坑点、杂质等缺陷，其中横向划痕和纵向划痕占据了缺陷部分的主体，主要杂质铈元素随刻蚀时间的增长不断减少；激光损伤阈值测量实验表明，通过HF刻蚀将元件损伤阈值提高了59.6%。
2017, 29: 111002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170110
摘要:
高功率半导体激光器阵列已经广泛应用于许多领域。Smile效应是由高功率半导体激光器阵列（巴条）本身在封装过程中与热沉之间热膨胀系数（CTE）失配导致的热应力造成的。各个发光点在横向上不在一条直线上，从而导致半导体激光阵列整体发光弯曲。较大的Smile值可以引起光束质量降低、造成光束耦合和光束整形困难。为了降低热串扰实现巴条温度均匀化，我们在传统CS热沉的基础上，引入高热导率铜基石墨烯（GCF）与孔状结构，对CS被动式制冷半导体巴条热应力分布不均导致的Smile效应进行了数值模拟与仿真分析。在热功率为60 W的条件下，一方面，当仅有GCF材料，并且其长度为8 mm时，温差从最初的7.94 ℃降低到3.65 ℃；另一方面，在合理的温升范围内，当GCF的长度为8 mm时，结合增加热沉热阻的孔状结构时，温差进一步降低到3.18 ℃。
高功率半导体激光器阵列已经广泛应用于许多领域。Smile效应是由高功率半导体激光器阵列（巴条）本身在封装过程中与热沉之间热膨胀系数（CTE）失配导致的热应力造成的。各个发光点在横向上不在一条直线上，从而导致半导体激光阵列整体发光弯曲。较大的Smile值可以引起光束质量降低、造成光束耦合和光束整形困难。为了降低热串扰实现巴条温度均匀化，我们在传统CS热沉的基础上，引入高热导率铜基石墨烯（GCF）与孔状结构，对CS被动式制冷半导体巴条热应力分布不均导致的Smile效应进行了数值模拟与仿真分析。在热功率为60 W的条件下，一方面，当仅有GCF材料，并且其长度为8 mm时，温差从最初的7.94 ℃降低到3.65 ℃；另一方面，在合理的温升范围内，当GCF的长度为8 mm时，结合增加热沉热阻的孔状结构时，温差进一步降低到3.18 ℃。
2017, 29: 112001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170257
摘要:
康普顿照相是用于压缩靶丸成像、诊断内爆压缩对称性的一种有效技术手段。如何屏蔽成像过程中的背景噪声是康普顿照相技术的重点问题，同时也是一个难点问题。分析了靶环境以及各种背景信号的来源，并提出了相应的屏蔽建议。通过分析可以看到，在中子产额小于1013 sr-1、压缩靶丸中心温度小于5 keV时，通过使用相应的屏蔽措施并采用合适的诊断措施和记录设备，可以把背景噪声降至109 sr-1以下，使康普顿照相中的面密度测量精度达到5%左右。
康普顿照相是用于压缩靶丸成像、诊断内爆压缩对称性的一种有效技术手段。如何屏蔽成像过程中的背景噪声是康普顿照相技术的重点问题，同时也是一个难点问题。分析了靶环境以及各种背景信号的来源，并提出了相应的屏蔽建议。通过分析可以看到，在中子产额小于1013 sr-1、压缩靶丸中心温度小于5 keV时，通过使用相应的屏蔽措施并采用合适的诊断措施和记录设备，可以把背景噪声降至109 sr-1以下，使康普顿照相中的面密度测量精度达到5%左右。
2017, 29: 113001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170133
摘要:
为了有效提高器件输出微波相位的稳定性，对S波段强流相对论速调管放大器输出微波相位特性开展了理论研究和优化设计。理论分析结果表明，束流发射和传输均匀性、腔内杂频和强流脉冲电压波动是影响器件输出微波相位稳定性的重要原因，通过优化二极管结构，增加吸波材料以及优化腔体结构和参数等手段可以有效地减小上述因素对输出微波相位稳定性的影响，提高器件工作的稳定性。对优化后的器件开展了实验研究，得到单台单次输出功率GW量级基础上，100 ns内相位标准差约10，单台重频5 Hz工作输出微波相位标准差约20，两台同时工作输出微波相位差抖动约20的结果，满足了实际应用的需求。
为了有效提高器件输出微波相位的稳定性，对S波段强流相对论速调管放大器输出微波相位特性开展了理论研究和优化设计。理论分析结果表明，束流发射和传输均匀性、腔内杂频和强流脉冲电压波动是影响器件输出微波相位稳定性的重要原因，通过优化二极管结构，增加吸波材料以及优化腔体结构和参数等手段可以有效地减小上述因素对输出微波相位稳定性的影响，提高器件工作的稳定性。对优化后的器件开展了实验研究，得到单台单次输出功率GW量级基础上，100 ns内相位标准差约10，单台重频5 Hz工作输出微波相位标准差约20，两台同时工作输出微波相位差抖动约20的结果，满足了实际应用的需求。
2017, 29: 113002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170159
摘要:
精确的功率耦合结构设计是保证高品质束流的关键。为确保系统实际运行中的独立调谐微波电子枪耦合性能满足设计要求，对其进行了仿真与测试。首先应用电磁仿真软件CST对电子枪进行了频域和本征模式的仿真计算，两种方法计算结果吻合，谐振频率分别为2 856.10 MHz和2 856.07 MHz，耦合系数分别为1.624和1.620。同时，对已经安装在加速器上实际运行的电子枪分别采用反射系数法与腔体损耗法进行了耦合性能的测试。单点的反射系数法测得耦合系数为1.78，谐振频率为2 855.77 MHz。在此谐振点上，结合反射系数法和腔体损耗法进行多点拟合，测得耦合系数为1.785。结果表明，仿真计算结果与实际测试的结果基本相符。
精确的功率耦合结构设计是保证高品质束流的关键。为确保系统实际运行中的独立调谐微波电子枪耦合性能满足设计要求，对其进行了仿真与测试。首先应用电磁仿真软件CST对电子枪进行了频域和本征模式的仿真计算，两种方法计算结果吻合，谐振频率分别为2 856.10 MHz和2 856.07 MHz，耦合系数分别为1.624和1.620。同时，对已经安装在加速器上实际运行的电子枪分别采用反射系数法与腔体损耗法进行了耦合性能的测试。单点的反射系数法测得耦合系数为1.78，谐振频率为2 855.77 MHz。在此谐振点上，结合反射系数法和腔体损耗法进行多点拟合，测得耦合系数为1.785。结果表明，仿真计算结果与实际测试的结果基本相符。
2017, 29: 113003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170097
摘要:
为了展宽微带天线的3 dB轴比波束宽度(ARBW)，提出采用双层介质基板结构与单点同轴线馈电、引入切角微扰和半圆槽的方式，设计出一款小型化宽ARBW的圆极化微带天线。该天线的尺寸可用中心波长(0)表示为0.40800.40800.0360，工作频率可覆盖IEEE 802.16e(3.5 GHz)频段。利用基于有限元法的仿真软件(Ansoft HFSS15.0)对天线进行优化设计，获得天线3 dB ARBW为230~255，电压驻波比(VSWR)小于2的带宽为290 MHz，峰值增益在3.5 GHz为4.11 dB。测试结果与仿真结果基本一致，表明采用该结构和设计方式可以展宽天线的ARBW。
为了展宽微带天线的3 dB轴比波束宽度(ARBW)，提出采用双层介质基板结构与单点同轴线馈电、引入切角微扰和半圆槽的方式，设计出一款小型化宽ARBW的圆极化微带天线。该天线的尺寸可用中心波长(0)表示为0.40800.40800.0360，工作频率可覆盖IEEE 802.16e(3.5 GHz)频段。利用基于有限元法的仿真软件(Ansoft HFSS15.0)对天线进行优化设计，获得天线3 dB ARBW为230~255，电压驻波比(VSWR)小于2的带宽为290 MHz，峰值增益在3.5 GHz为4.11 dB。测试结果与仿真结果基本一致，表明采用该结构和设计方式可以展宽天线的ARBW。
2017, 29: 113004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170265
摘要:
基于全局模型，引入氧负离子解吸附过程，完善了重复频率高功率微波脉冲弛豫模型，理论研究了重复频率高功率微波脉冲大气击穿弛豫过程，数值模拟了不同附着频率、解吸附频率以及初始电子浓度条件下，弛豫过程电子浓度随时间的变化规律。结果表明：弛豫过程电子浓度变化分为快衰减和慢衰减两个阶段；发现氧负离子的引入明显延缓了弛豫过程后期电子的衰减；解吸附频率与附着频率对弛豫过程有着相反的影响，解吸附频率越高，慢衰减阶段的电子浓度越高，快衰减阶段电子浓度变化不明显；附着频率越高，快衰减阶段电子浓度变化越剧烈，慢衰减阶段的电子浓度越低；初始电子浓度越大，慢衰减阶段电子浓度变化越剧烈。
基于全局模型，引入氧负离子解吸附过程，完善了重复频率高功率微波脉冲弛豫模型，理论研究了重复频率高功率微波脉冲大气击穿弛豫过程，数值模拟了不同附着频率、解吸附频率以及初始电子浓度条件下，弛豫过程电子浓度随时间的变化规律。结果表明：弛豫过程电子浓度变化分为快衰减和慢衰减两个阶段；发现氧负离子的引入明显延缓了弛豫过程后期电子的衰减；解吸附频率与附着频率对弛豫过程有着相反的影响，解吸附频率越高，慢衰减阶段的电子浓度越高，快衰减阶段电子浓度变化不明显；附着频率越高，快衰减阶段电子浓度变化越剧烈，慢衰减阶段的电子浓度越低；初始电子浓度越大，慢衰减阶段电子浓度变化越剧烈。
2017, 29: 113101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170096
摘要:
短脉冲线圈电流励磁是高频电真空器件中实现超强磁场的重要技术途径之一，此时器件内将不可避免地产生涡流并进一步对内部磁场分布构成影响。针对使用短脉冲磁场时涡流对电真空器件内磁分布的影响进行了研究，分析了线圈电流脉冲宽度、金属电导率和金属厚度等对涡流的影响，结果表明：随着线圈电流脉冲宽度的减小、金属电导率和金属厚度的增加，涡流对内部磁场的影响也随之增加，导致管内空间无法有效励磁。提出了两种抑制涡流影响的措施，包括采用高电阻率导体进行薄层电镀和对管壁金属纵向切槽开缝。计算结果表明，这两种方法能够有效抑制涡流对器件内部磁场分布的影响，具有良好的实用性。
短脉冲线圈电流励磁是高频电真空器件中实现超强磁场的重要技术途径之一，此时器件内将不可避免地产生涡流并进一步对内部磁场分布构成影响。针对使用短脉冲磁场时涡流对电真空器件内磁分布的影响进行了研究，分析了线圈电流脉冲宽度、金属电导率和金属厚度等对涡流的影响，结果表明：随着线圈电流脉冲宽度的减小、金属电导率和金属厚度的增加，涡流对内部磁场的影响也随之增加，导致管内空间无法有效励磁。提出了两种抑制涡流影响的措施，包括采用高电阻率导体进行薄层电镀和对管壁金属纵向切槽开缝。计算结果表明，这两种方法能够有效抑制涡流对器件内部磁场分布的影响，具有良好的实用性。
2017, 29: 113201.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170208
摘要:
为研究无人机壳体的屏蔽效能，基于数值仿真软件CST建立了无人机外壳的计算模型，分析了电磁波辐照方向、极化方式对无人机壳体内部电磁场分布的影响，得到了无人机壳体的屏蔽效能随壳体材料电磁参数的变化规律。提出了使用频率搅拌混响室测试无人机外壳屏蔽效能的方法，给出了测试流程，构建了测试系统，验证了该方法的有效性。结果表明：混响室频率搅拌方式能够在无人机壳体内部得到统计均匀的电磁场，在1~10 GHz频段壳体屏蔽效能在8~10 dB，不同测量位置得到的屏蔽效能测试结果偏差小于3 dB的概率为94%。
为研究无人机壳体的屏蔽效能，基于数值仿真软件CST建立了无人机外壳的计算模型，分析了电磁波辐照方向、极化方式对无人机壳体内部电磁场分布的影响，得到了无人机壳体的屏蔽效能随壳体材料电磁参数的变化规律。提出了使用频率搅拌混响室测试无人机外壳屏蔽效能的方法，给出了测试流程，构建了测试系统，验证了该方法的有效性。结果表明：混响室频率搅拌方式能够在无人机壳体内部得到统计均匀的电磁场，在1~10 GHz频段壳体屏蔽效能在8~10 dB，不同测量位置得到的屏蔽效能测试结果偏差小于3 dB的概率为94%。
2017, 29: 113202.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170216
摘要:
高功率电磁脉冲干扰甚至损毁无人飞行器是应对小型无人飞行器威胁的一种非常有效的办法，高功率电磁脉冲对无人机系统进行干扰和毁伤主要通过前门耦合和后门耦合的方式。完成了高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏实验，完成了无人机在电磁脉冲源毁伤作用下的目标易损性分析，根据毁伤效果将高频电磁脉冲对无人飞行器毁伤等级分为三级，即干扰级、毁伤级、失效级。分析了电磁脉冲作用的主要目标元件，结果表明，无人飞行器最有可能受干扰的部分为接收机和电子调速器。在相关研究和实际应用时，应着重研究电磁脉冲对无人飞行器的接收机和电子调速器的毁伤破坏，根据接收机和电子调速器内部的电路结构来确定毁伤最佳频率。
高功率电磁脉冲干扰甚至损毁无人飞行器是应对小型无人飞行器威胁的一种非常有效的办法，高功率电磁脉冲对无人机系统进行干扰和毁伤主要通过前门耦合和后门耦合的方式。完成了高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏实验，完成了无人机在电磁脉冲源毁伤作用下的目标易损性分析，根据毁伤效果将高频电磁脉冲对无人飞行器毁伤等级分为三级，即干扰级、毁伤级、失效级。分析了电磁脉冲作用的主要目标元件，结果表明，无人飞行器最有可能受干扰的部分为接收机和电子调速器。在相关研究和实际应用时，应着重研究电磁脉冲对无人飞行器的接收机和电子调速器的毁伤破坏，根据接收机和电子调速器内部的电路结构来确定毁伤最佳频率。
2017, 29: 113203.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170135
摘要:
在传输线场线耦合的计算中，由于辐射场可能从不同方向入射，入射方位角和入射仰角会在一定范围内变化，可以将其看作不确定变量，因此传输线的响应也呈现出不确定性。针对输入参数服从非典型分布的情况，应用多项式混沌方法对传输线场线耦合频域响应进行不确定度量化。结合入射方位角和仰角的物理意义，给出其服从的分布类型并构建相应的正交多项式基底，并对该模型的传输线方程进行多项式混沌展开。最后结合含两个不确定参数的传输线场线耦合算例，给出远端电流响应的统计信息，对比蒙特卡罗方法，验证了该方法的正确性和高效性。
在传输线场线耦合的计算中，由于辐射场可能从不同方向入射，入射方位角和入射仰角会在一定范围内变化，可以将其看作不确定变量，因此传输线的响应也呈现出不确定性。针对输入参数服从非典型分布的情况，应用多项式混沌方法对传输线场线耦合频域响应进行不确定度量化。结合入射方位角和仰角的物理意义，给出其服从的分布类型并构建相应的正交多项式基底，并对该模型的传输线方程进行多项式混沌展开。最后结合含两个不确定参数的传输线场线耦合算例，给出远端电流响应的统计信息，对比蒙特卡罗方法，验证了该方法的正确性和高效性。
2017, 29: 113204.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170215
摘要:
为了研究航天器介质材料表面不同电位初始值对表面电位衰减特性的影响。利用航天器带电地面模拟实验设备对聚酰亚胺和聚四氟乙烯介质材料充电到不同电位值，然后关闭电子枪，用电位计测量介质材料表面电位的衰减曲线，并从理论上对cross-over现象进行分析。介质材料初始电位值越大，则表面电位衰减速度越快，且在一定的时间段内电位衰减效率随初始电位值的增大而变大；在相同的真空度条件下，对于初始电位值之和相等的两组衰减曲线，初始电位值之间差值较小的一组衰减曲线更容易出现cross-over现象；出现cross-over现象的时间和电子的迁移率相关，对于相同的两个初始电位，迁移率越大的材料则出现cross-over现象的时间越短，电位衰减会更快。航天器介质材料表面充电电位越大则衰减速度越快，在一定时间的衰减效率越高。
为了研究航天器介质材料表面不同电位初始值对表面电位衰减特性的影响。利用航天器带电地面模拟实验设备对聚酰亚胺和聚四氟乙烯介质材料充电到不同电位值，然后关闭电子枪，用电位计测量介质材料表面电位的衰减曲线，并从理论上对cross-over现象进行分析。介质材料初始电位值越大，则表面电位衰减速度越快，且在一定的时间段内电位衰减效率随初始电位值的增大而变大；在相同的真空度条件下，对于初始电位值之和相等的两组衰减曲线，初始电位值之间差值较小的一组衰减曲线更容易出现cross-over现象；出现cross-over现象的时间和电子的迁移率相关，对于相同的两个初始电位，迁移率越大的材料则出现cross-over现象的时间越短，电位衰减会更快。航天器介质材料表面充电电位越大则衰减速度越快，在一定时间的衰减效率越高。
2017, 29: 113205.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170154
摘要:
强流电子束束参数瞬态测量系统在直线感应加速器的复杂电磁环境中会受到强电磁的干扰，主要包括：干扰特性、干扰机理、数学描述、抑制措施、防范措施等，这些干扰既针对电路又针对系统，从而对束参数瞬态测量系统测量的稳定性以及测量数据的有效性都有很大的影响。介绍时间分辨测量系统的原理，分析了瞬态脉冲干扰的成因和抑制方法，给出了束参数测量系统的实验布局和特点，进一步探讨电子器件电性能受瞬态脉冲干扰后的抑制措施，其目的是为了达到减少或消除干扰，破坏干扰信号的传输条件，从而提高整个系统的抗干扰能力及可靠性。通过采用光纤传输控制信号可以很好地传输窄脉冲，减少信号延时抖动，以达到高速信号的可靠稳定传输；利用紧凑嵌入式方法，提高了抗电磁干扰的能力，可以更好保护测量系统电子器件，提高整个系统的抗干扰能力。
强流电子束束参数瞬态测量系统在直线感应加速器的复杂电磁环境中会受到强电磁的干扰，主要包括：干扰特性、干扰机理、数学描述、抑制措施、防范措施等，这些干扰既针对电路又针对系统，从而对束参数瞬态测量系统测量的稳定性以及测量数据的有效性都有很大的影响。介绍时间分辨测量系统的原理，分析了瞬态脉冲干扰的成因和抑制方法，给出了束参数测量系统的实验布局和特点，进一步探讨电子器件电性能受瞬态脉冲干扰后的抑制措施，其目的是为了达到减少或消除干扰，破坏干扰信号的传输条件，从而提高整个系统的抗干扰能力及可靠性。通过采用光纤传输控制信号可以很好地传输窄脉冲，减少信号延时抖动，以达到高速信号的可靠稳定传输；利用紧凑嵌入式方法，提高了抗电磁干扰的能力，可以更好保护测量系统电子器件，提高整个系统的抗干扰能力。
2017, 29: 113206.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170272
摘要:
从近年来热议的电磁频谱战入手，分析了此概念群的来龙去脉，并深入解读和分析了联合电磁频谱作战、电磁作战环境、电磁战斗序列与传统电磁环境等概念及其相互关系；从《军语》定义出发，透视了电磁作战环境的电磁环境结构，刻画了其对军事力量的电磁影响，揭示出电磁作战环境与复杂电磁环境具有情理之中的同构；通过案例也提醒人们电磁作战环境仍有意料之外的复杂性；最后，指出新老概念的辩证统一。
从近年来热议的电磁频谱战入手，分析了此概念群的来龙去脉，并深入解读和分析了联合电磁频谱作战、电磁作战环境、电磁战斗序列与传统电磁环境等概念及其相互关系；从《军语》定义出发，透视了电磁作战环境的电磁环境结构，刻画了其对军事力量的电磁影响，揭示出电磁作战环境与复杂电磁环境具有情理之中的同构；通过案例也提醒人们电磁作战环境仍有意料之外的复杂性；最后，指出新老概念的辩证统一。
2017, 29: 113207.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170176
摘要:
基于复杂系统的基本理论，研究了体系的概念、内涵及典型实例。根据体系对抗及体系对抗试验作为复杂系统的表现和特点，从非线性、涌现性这两个主要方面分析了体系对抗试验的复杂性。剖析了传统性能试验方法的特点，根据这些特点总结得出性能试验方法不能适应体系对抗条件的试验，其根本原因在于性能试验方法所遵循的还原论思想不适用于体系对抗试验的复杂性；接着，着重从方法论方面分析了性能试验方法在体系对抗条件下的不足之处，进而针对这些不足之处得到了应该从复杂系统角度研究适用于体系对抗试验的方法论等结论。
基于复杂系统的基本理论，研究了体系的概念、内涵及典型实例。根据体系对抗及体系对抗试验作为复杂系统的表现和特点，从非线性、涌现性这两个主要方面分析了体系对抗试验的复杂性。剖析了传统性能试验方法的特点，根据这些特点总结得出性能试验方法不能适应体系对抗条件的试验，其根本原因在于性能试验方法所遵循的还原论思想不适用于体系对抗试验的复杂性；接着，着重从方法论方面分析了性能试验方法在体系对抗条件下的不足之处，进而针对这些不足之处得到了应该从复杂系统角度研究适用于体系对抗试验的方法论等结论。
2017, 29: 113208.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170262
摘要:
随着工作频率的提高，通信系统面临的电磁干扰问题日益严重。其中高速连接器信号走线上的高频电流是产生电磁辐射的主要干扰源。对含有复杂元器件的通信机箱进行电磁建模与仿真长期面临结构过于复杂、仿真与测试难以匹配等困难。提出基于机箱Q值测算融合的方法建立等效仿真模型，基于区域分解对干扰源和机箱进行协同仿真，并采用有源叠加实现随机信号叠加效应的仿真分析。提出的分析方法可准确模拟真实机箱的谐振及耗散特性，简化连接器多端口激励随机叠加效应的仿真计算，实现机箱泄漏场强的准确预估。
随着工作频率的提高，通信系统面临的电磁干扰问题日益严重。其中高速连接器信号走线上的高频电流是产生电磁辐射的主要干扰源。对含有复杂元器件的通信机箱进行电磁建模与仿真长期面临结构过于复杂、仿真与测试难以匹配等困难。提出基于机箱Q值测算融合的方法建立等效仿真模型，基于区域分解对干扰源和机箱进行协同仿真，并采用有源叠加实现随机信号叠加效应的仿真分析。提出的分析方法可准确模拟真实机箱的谐振及耗散特性，简化连接器多端口激励随机叠加效应的仿真计算，实现机箱泄漏场强的准确预估。
2017, 29: 114101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170195
摘要:
针对无人机测控应用设计了一种S波段窄带带通体声波(BAW)滤波器，其技术指标为：中心频率2.46 GHz，带宽41 MHz，带内插损大于-3 dB，带内纹波小于1 dB，带外抑制小于-40 dB@2.385 GHz和2.506 GHz。采用Mason模型设计了BAW滤波器中各薄膜体声波谐振器(FBAR)的叠层结构；使用变迹法设计了各FBAR(电极)的形状；采用一种自行开发的自动布局方法得到紧凑的BAW滤波器布局；建立了BAW滤波器的声-电磁协同仿真模型，通过这种高保真的多物理场仿真方法对设计结果进行了性能验证。该设计流程是通用的，并且有两个特点：采用声-电磁协同仿真方法对设计阶段的BAW滤波器进行最终性能检验，可以及早发现并拒绝1D Mason模型过于乐观的设计；滤波器布局设计中采用了一种新的自动化布局方法，大大简化了在此阶段的反复尝试工作，也为声-电磁协同仿真模型输出了必需的面内结构信息。
针对无人机测控应用设计了一种S波段窄带带通体声波(BAW)滤波器，其技术指标为：中心频率2.46 GHz，带宽41 MHz，带内插损大于-3 dB，带内纹波小于1 dB，带外抑制小于-40 dB@2.385 GHz和2.506 GHz。采用Mason模型设计了BAW滤波器中各薄膜体声波谐振器(FBAR)的叠层结构；使用变迹法设计了各FBAR(电极)的形状；采用一种自行开发的自动布局方法得到紧凑的BAW滤波器布局；建立了BAW滤波器的声-电磁协同仿真模型，通过这种高保真的多物理场仿真方法对设计结果进行了性能验证。该设计流程是通用的，并且有两个特点：采用声-电磁协同仿真方法对设计阶段的BAW滤波器进行最终性能检验，可以及早发现并拒绝1D Mason模型过于乐观的设计；滤波器布局设计中采用了一种新的自动化布局方法，大大简化了在此阶段的反复尝试工作，也为声-电磁协同仿真模型输出了必需的面内结构信息。
2017, 29: 115001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170189
摘要:
直线变压器驱动源(LTD)是近年来发展起来的一种新型电路拓扑技术，具有结构紧凑、参数调整灵活、能量效率高等优点。根据闪光照相的需要，开展了基于方波LTD技术的闪光照相驱动器设计，驱动器输出电压约3 MV，负载阻抗约40 (杆箍缩二极管特征阻抗)。主机共由30个方波LTD模块串联而成，单个LTD模块采用16个放电支路(包含12个为基波支路和4个为谐波支路)并联，其中每个放电支路由2台脉冲电容器和一只多间隙气体开关串联组成。LTD次级采用变压器油绝缘，整机长度接近8 m。电路计算表明，驱动器输出电压大于3 MV，上升沿约16.8 ns，脉冲宽度约98 ns。
直线变压器驱动源(LTD)是近年来发展起来的一种新型电路拓扑技术，具有结构紧凑、参数调整灵活、能量效率高等优点。根据闪光照相的需要，开展了基于方波LTD技术的闪光照相驱动器设计，驱动器输出电压约3 MV，负载阻抗约40 (杆箍缩二极管特征阻抗)。主机共由30个方波LTD模块串联而成，单个LTD模块采用16个放电支路(包含12个为基波支路和4个为谐波支路)并联，其中每个放电支路由2台脉冲电容器和一只多间隙气体开关串联组成。LTD次级采用变压器油绝缘，整机长度接近8 m。电路计算表明，驱动器输出电压大于3 MV，上升沿约16.8 ns，脉冲宽度约98 ns。
2017, 29: 115002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170101
摘要:
介绍了一种采用三传输线型形成线压缩技术直接产生高功率亚纳秒脉冲的方法。给出了脉冲压缩的理论分析，设计了相应的脉冲压缩装置，并采用Pspice软件建立了电路模型，计算结果显示脉冲压缩装置的功率增益可达到2.25倍，验证了理论分析。基于现有的CKP1000超宽谱脉冲源，建立了完整的脉冲压缩实验系统并展开实验研究，结果表明：脉冲压缩装置在入射脉冲电压220 kV、脉宽5 ns的情况下，可产生峰值电压295 kV，半高宽约800 ps，前沿400 ps的亚纳秒脉冲，脉冲压缩装置的功率增益约为1.8倍，实验结果与理论值基本相符。
介绍了一种采用三传输线型形成线压缩技术直接产生高功率亚纳秒脉冲的方法。给出了脉冲压缩的理论分析，设计了相应的脉冲压缩装置，并采用Pspice软件建立了电路模型，计算结果显示脉冲压缩装置的功率增益可达到2.25倍，验证了理论分析。基于现有的CKP1000超宽谱脉冲源，建立了完整的脉冲压缩实验系统并展开实验研究，结果表明：脉冲压缩装置在入射脉冲电压220 kV、脉宽5 ns的情况下，可产生峰值电压295 kV，半高宽约800 ps，前沿400 ps的亚纳秒脉冲，脉冲压缩装置的功率增益约为1.8倍，实验结果与理论值基本相符。
2017, 29: 115003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170130
摘要:
针对串联谐振电容器充电电源具有高阶、多模态、强非线性的特点，提出了一种基于混杂自动机的建模方法，该方法通过描述系统的连续时间变量和离散状态变量之间的关系来展现系统的混杂特性。基于该方法建立了系统的混杂自动机模型，并提出了一种基于上述模型的分段线性充电控制策略，通过搭建仿真模型验证了该模型和控制策略的有效性。
针对串联谐振电容器充电电源具有高阶、多模态、强非线性的特点，提出了一种基于混杂自动机的建模方法，该方法通过描述系统的连续时间变量和离散状态变量之间的关系来展现系统的混杂特性。基于该方法建立了系统的混杂自动机模型，并提出了一种基于上述模型的分段线性充电控制策略，通过搭建仿真模型验证了该模型和控制策略的有效性。
2017, 29: 115004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170146
摘要:
射频爆磁压缩发生器作为一次性电磁脉冲产生和辐射的小型化装置，其辐射天线的结构和性能是其在实用化层面亟待突破的瓶颈。针对这一问题，深入研究了射频爆磁压缩发生器产生和辐射电磁脉冲的机理，并在此基础上，提出了一种适于实际需求的射频爆磁压缩发生器小型化共形天线。此共形天线设计成爆磁压缩发生器本体的一部分，在结构方面保证了该装置的小型化和实用性。CST仿真和实物测试结果表明，此共形天线在0.5 GHz到10.3 GHz的频带上具有良好的辐射特性，在辐射性能方面同样可以满足射频爆磁压缩发生器实用性的需求。
射频爆磁压缩发生器作为一次性电磁脉冲产生和辐射的小型化装置，其辐射天线的结构和性能是其在实用化层面亟待突破的瓶颈。针对这一问题，深入研究了射频爆磁压缩发生器产生和辐射电磁脉冲的机理，并在此基础上，提出了一种适于实际需求的射频爆磁压缩发生器小型化共形天线。此共形天线设计成爆磁压缩发生器本体的一部分，在结构方面保证了该装置的小型化和实用性。CST仿真和实物测试结果表明，此共形天线在0.5 GHz到10.3 GHz的频带上具有良好的辐射特性，在辐射性能方面同样可以满足射频爆磁压缩发生器实用性的需求。
2017, 29: 115101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170258
摘要:
提出了一种利用单个谐振腔测量直线加速器束团长度的新方法。不同于传统的双谐振腔束团长度监测器，该方法仅需要使用单个谐振腔，省去了用于辅助测量的参考腔，从而简化了装置结构，节省了空间。针对国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置进行了监测器的物理设计。通过设定同轴探针的插入位置，解决了双模信号互相干扰的问题，利用微扰金属改变调节工作频率，克服了双模难以同时谐振的困难。利用CST软件进行建模和仿真。仿真结果表明，该监测器可实现2～5 ps束团长度的诊断，测量误差小于5%。
提出了一种利用单个谐振腔测量直线加速器束团长度的新方法。不同于传统的双谐振腔束团长度监测器，该方法仅需要使用单个谐振腔，省去了用于辅助测量的参考腔，从而简化了装置结构，节省了空间。针对国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置进行了监测器的物理设计。通过设定同轴探针的插入位置，解决了双模信号互相干扰的问题，利用微扰金属改变调节工作频率，克服了双模难以同时谐振的困难。利用CST软件进行建模和仿真。仿真结果表明，该监测器可实现2～5 ps束团长度的诊断，测量误差小于5%。
2017, 29: 115102.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170170
摘要:
加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ，包括ECR离子源、低能传输线、射频四极加速单元、中能传输段和超导腔，注入器Ⅰ出口能够获得能量10 MeV的强流质子束流。为了调束和运行的需要，注入器Ⅰ将安装束流位置测量、束流截面测量、束流流强测量、束流发射度和能量测量，以及束流损失测量等束流参数测量装置。介绍了这些束流测量系统设计及其他方面的一些考虑。
加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ，包括ECR离子源、低能传输线、射频四极加速单元、中能传输段和超导腔，注入器Ⅰ出口能够获得能量10 MeV的强流质子束流。为了调束和运行的需要，注入器Ⅰ将安装束流位置测量、束流截面测量、束流流强测量、束流发射度和能量测量，以及束流损失测量等束流参数测量装置。介绍了这些束流测量系统设计及其他方面的一些考虑。
2017, 29: 116001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170155
摘要:
为能够快速评判实验测试方案和预估实验结果，建立了中子体通量的快速估算模型。理论上，封闭空间中子平均体通量与特征长度的平方成反比，且中子体通量的大小能反映散射中子注量强弱。采用蒙特卡罗模拟方法，计算得到了密闭实验大厅内中子的体通量，以及不同位置处的散射中子注量，并将模拟得到的体通量和散射中子注量拟合成便于工程实践中应用的解析表达式，拟合结果与模拟结果的相对偏差小于10%。研究结果表明，球形空间内中子的体通量与球半径的1.905次方成反比；密闭实验大厅的中子体通量与大厅横截面宽度的1.948次方成反比，与长宽比的0.775次方成反比；球形空间结构内，每个源中子的平均径迹长度约为半径的5.4倍，而长方体密闭实验大厅内，单个源中子的平均径迹长度为大厅特征尺度的2~3倍。
为能够快速评判实验测试方案和预估实验结果，建立了中子体通量的快速估算模型。理论上，封闭空间中子平均体通量与特征长度的平方成反比，且中子体通量的大小能反映散射中子注量强弱。采用蒙特卡罗模拟方法，计算得到了密闭实验大厅内中子的体通量，以及不同位置处的散射中子注量，并将模拟得到的体通量和散射中子注量拟合成便于工程实践中应用的解析表达式，拟合结果与模拟结果的相对偏差小于10%。研究结果表明，球形空间内中子的体通量与球半径的1.905次方成反比；密闭实验大厅的中子体通量与大厅横截面宽度的1.948次方成反比，与长宽比的0.775次方成反比；球形空间结构内，每个源中子的平均径迹长度约为半径的5.4倍，而长方体密闭实验大厅内，单个源中子的平均径迹长度为大厅特征尺度的2~3倍。
2017, 29: 116002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170168
摘要:
在反应堆物理-热工耦合过程中，网格划分尺度会影响计算精度和计算时间。利用蒙特卡罗程序和FLUENT程序，对压水堆单棒模型进行不同尺度的网格划分，评估网格划分尺度对耦合结果的影响，得到单个网格中密度差值、温度差值对有效增殖因子和功率分布引入的误差。研究表明当燃料温度差值小于50 K，慢化剂密度差值3 kg/m3时，有效增殖因子相对误差小于10-4，功率相对误差小于1%。使用该规律，对典型的压水堆单棒模型和33通道模型进行网格划分并进行耦合计算。结果表明，单棒模型网格总数减少至1/100，计算时间减少至1/4，33通道模型网格总数减少至1/50，计算时间减少至1/10，但其结果仍然精确有效。
在反应堆物理-热工耦合过程中，网格划分尺度会影响计算精度和计算时间。利用蒙特卡罗程序和FLUENT程序，对压水堆单棒模型进行不同尺度的网格划分，评估网格划分尺度对耦合结果的影响，得到单个网格中密度差值、温度差值对有效增殖因子和功率分布引入的误差。研究表明当燃料温度差值小于50 K，慢化剂密度差值3 kg/m3时，有效增殖因子相对误差小于10-4，功率相对误差小于1%。使用该规律，对典型的压水堆单棒模型和33通道模型进行网格划分并进行耦合计算。结果表明，单棒模型网格总数减少至1/100，计算时间减少至1/4，33通道模型网格总数减少至1/50，计算时间减少至1/10，但其结果仍然精确有效。
2017, 29: 116003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170139
摘要:
针对电源电路抗总剂量辐射性能评估问题，建立了元器件和电路的性能模型，并搭建测试电路对模型进行了测试。开展了辐照敏感关键元器件的总剂量辐照试验，获取了元器件关键参数随累积总剂量变化的实验数据，将参数变化规律注入模型，开展了电源电路抗辐射性能仿真，获得了电路关键特征参数输出电压随累积总剂量的变化规律。采用裕量与不确定性量化(QMU)方法对电源电路的抗辐射性能进行评估，并与电路实际辐照实验结果进行对比，结果表明，QMU评估结果与实际实验结果保持了较好的一致性。
针对电源电路抗总剂量辐射性能评估问题，建立了元器件和电路的性能模型，并搭建测试电路对模型进行了测试。开展了辐照敏感关键元器件的总剂量辐照试验，获取了元器件关键参数随累积总剂量变化的实验数据，将参数变化规律注入模型，开展了电源电路抗辐射性能仿真，获得了电路关键特征参数输出电压随累积总剂量的变化规律。采用裕量与不确定性量化(QMU)方法对电源电路的抗辐射性能进行评估，并与电路实际辐照实验结果进行对比，结果表明，QMU评估结果与实际实验结果保持了较好的一致性。
2017, 29: 116004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170089
摘要:
为研究氚自持条件，建立了Z-FFR氚分析模型，基于理论方程和氚平均滞留时间方法进行计算，得到稳态运行时排灰气处理系统、氚增殖提取系统、同位素分离系统、水去氚化系统的氚质量流分别为52.30，25.40，81.30，3.60 g/day，对应的氚盘存量为52.30，25.40，8.13，1.80 g。同时以氚质量流推导出氚自持判断条件，分析了设计参数能够满足氚自持要求，同时获得了燃烧效率、氚增殖率、提取效率与氚自持的互补关系，三者作为关键参数相互依存，于临界值、设计值、理想值之间分析了氚的自持情况。
为研究氚自持条件，建立了Z-FFR氚分析模型，基于理论方程和氚平均滞留时间方法进行计算，得到稳态运行时排灰气处理系统、氚增殖提取系统、同位素分离系统、水去氚化系统的氚质量流分别为52.30，25.40，81.30，3.60 g/day，对应的氚盘存量为52.30，25.40，8.13，1.80 g。同时以氚质量流推导出氚自持判断条件，分析了设计参数能够满足氚自持要求，同时获得了燃烧效率、氚增殖率、提取效率与氚自持的互补关系，三者作为关键参数相互依存，于临界值、设计值、理想值之间分析了氚的自持情况。
2017, 29: 116005.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170244
摘要:
采用Matlab数据拟合方法及数值计算方法给出校正后的衰减距离。通过Monte-Carlo模拟密度为1.0 g/cm3的聚乙烯材料均匀填充的放射性废物桶,在7个不同的旋转圆周上每隔30模拟一次探测器计数,得到137Cs点源在桶内7个不同旋转半径上旋转一周的探测器计数,以贡献率较大的部分区域计算给出校正后的平均衰减距离。实验结果显示,通过此方法得到的活度相对误差在0.6%~25.2%之间,相对于传统以桶半径为固定衰减距离计算的结果（相对误差11.8%~209.9%）,误差得到明显降低。说明此方法对提高核废物桶中点源活度估计的准确度是有效的。
采用Matlab数据拟合方法及数值计算方法给出校正后的衰减距离。通过Monte-Carlo模拟密度为1.0 g/cm3的聚乙烯材料均匀填充的放射性废物桶,在7个不同的旋转圆周上每隔30模拟一次探测器计数,得到137Cs点源在桶内7个不同旋转半径上旋转一周的探测器计数,以贡献率较大的部分区域计算给出校正后的平均衰减距离。实验结果显示,通过此方法得到的活度相对误差在0.6%~25.2%之间,相对于传统以桶半径为固定衰减距离计算的结果（相对误差11.8%~209.9%）,误差得到明显降低。说明此方法对提高核废物桶中点源活度估计的准确度是有效的。
2017, 29: 119001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170147
摘要:
系统研究了选区激光熔化（SLM）及热处理工艺对钴铬合金组织与性能的影响。通过设计正交实验，利用EOS M290选区激光熔化设备，优化钴铬合金成型的工艺参数；利用XRD、扫描电镜（SEM）、硬度仪及万能材料试验机对选区激光熔化钴铬合金的显微组织结构、物相组成及力学性能进行观察与测试。研究结果表明，选区激光熔化成型的最佳工艺参数为：扫描间距0.08 mm，扫描速度1110 mm/s，激光功率335 W，能量密度4.8 J/mm2，获得的致密度高达99.18%，且最佳的填充角度为67。SLM成型的钴铬合金的物相主要由相及少量相共存，微观组织由细小均匀的胞状晶及柱状晶构成；其硬度、抗拉强度及延伸率分别为41.0HRC，1032 MPa，10%，断裂机制主要为穿晶脆性断裂。热处理后显微组织发生相变，主要为相及少量相，并产生少量强化相M23C6(M=Cr，Mo，W)；其硬度、抗拉强度及延伸率分别提升了6.1%，35.9%和17.6%，断裂机制主要为准解理断裂。
系统研究了选区激光熔化（SLM）及热处理工艺对钴铬合金组织与性能的影响。通过设计正交实验，利用EOS M290选区激光熔化设备，优化钴铬合金成型的工艺参数；利用XRD、扫描电镜（SEM）、硬度仪及万能材料试验机对选区激光熔化钴铬合金的显微组织结构、物相组成及力学性能进行观察与测试。研究结果表明，选区激光熔化成型的最佳工艺参数为：扫描间距0.08 mm，扫描速度1110 mm/s，激光功率335 W，能量密度4.8 J/mm2，获得的致密度高达99.18%，且最佳的填充角度为67。SLM成型的钴铬合金的物相主要由相及少量相共存，微观组织由细小均匀的胞状晶及柱状晶构成；其硬度、抗拉强度及延伸率分别为41.0HRC，1032 MPa，10%，断裂机制主要为穿晶脆性断裂。热处理后显微组织发生相变，主要为相及少量相，并产生少量强化相M23C6(M=Cr，Mo，W)；其硬度、抗拉强度及延伸率分别提升了6.1%，35.9%和17.6%，断裂机制主要为准解理断裂。
