线缆高功率微波耦合特性仿真与试验研究

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作者 肖天 高原 秦风 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第2期78-86,共9页

高功率微波易通过电子设备间互连线缆这一主要耦合途径进入系统内部,扰乱甚至损坏敏感电路或器件。为指导工程上合理布线,提升电子系统在高功率微波环境下生存能力,采用仿真分析和试验验证相结合的方法,系统性研究了不同参数条件(线缆... 高功率微波易通过电子设备间互连线缆这一主要耦合途径进入系统内部,扰乱甚至损坏敏感电路或器件。为指导工程上合理布线,提升电子系统在高功率微波环境下生存能力,采用仿真分析和试验验证相结合的方法,系统性研究了不同参数条件(线缆长度、离地高度、端接负载阻值、辐射场入射角)下高功率微波与线缆的耦合效应,获取了耦合响应规律并分析了内在原因。结果表明:耦合信号随线缆长度增加先振荡变化后逐渐趋于稳定,振荡周期与入射波波长相等;耦合信号随线缆距地高度变化呈现振荡变化,极大值和极小值分别出现在距地高度为入射波1/4波长的奇数倍以及1/2波长的整数倍时;耦合信号随端接负载阻值增加先变小后变大,当负载阻值与线缆特性阻抗匹配时,耦合信号最小;耦合信号随来波方向与线缆布设方向间夹角的增大而增大,当两者垂直时,耦合信号最大。在此基础上给出实际工程中线缆敷设优化建议。 展开更多

关键词 高功率微波 线缆耦合 响应规律 影响因素 优化布线

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大功率重复频率高电压脉冲充电电源研制

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作者 甘延青 罗光耀 +5 位作者 李飞 张北镇 李春霞 王淦平 金晓 宋法伦 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第3期18-25,共8页

针对重复频率Marx型脉冲功率源的应用需求,采用固态调制恒流充电与脉冲变压器感应叠加相结合的技术方式,开展了大功率重复频率高电压脉冲充电电源技术研究。分析了基于BUCK-BOOST拓扑电路的恒流充电技术,给出了高电压脉冲变压器、脉冲... 针对重复频率Marx型脉冲功率源的应用需求,采用固态调制恒流充电与脉冲变压器感应叠加相结合的技术方式,开展了大功率重复频率高电压脉冲充电电源技术研究。分析了基于BUCK-BOOST拓扑电路的恒流充电技术,给出了高电压脉冲变压器、脉冲调制模块、BUCK-BOOST充电模块、控制单元等关键参数设计,完成了大功率重复频率脉冲充电电源样机研制。样机设计指标最大输出平均功率250kW,最高重复频率100Hz。在0.5μF负载电容上进行了充电测试,获得了电压约100kV、脉冲前沿约300μs的脉冲输出。该脉冲充电电源在脉冲变压器初级设计中采用了多模块并联的设计思路,即减小了装置体积又降低了高电压绝缘风险,在输出功率大、电压高的条件下,实现了紧凑化、模块化设计。 展开更多

关键词 脉冲充电电源 BUCK-BOOST电路 脉冲功率技术 重频充电

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激光远距离无线传能系统效率的分析与提高方法

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作者 李密 齐予 +3 位作者 易亨瑜 尚建力 黄吉金 匡艳 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第1期59-66,共8页

激光具有亮度极高、方向性好的特殊优势,因此有可能被用于远距离无线传能、发挥特殊的作用。为了延长高空无人机的飞行时间,使用激光对高空无人机进行无线传能是一种理论上可行的方法。通过对激光无线传能技术的现状进行调研,发现目前... 激光具有亮度极高、方向性好的特殊优势,因此有可能被用于远距离无线传能、发挥特殊的作用。为了延长高空无人机的飞行时间,使用激光对高空无人机进行无线传能是一种理论上可行的方法。通过对激光无线传能技术的现状进行调研,发现目前激光无线传能的距离不够远、传输功率和传输效率均不高。为解决这些问题,首次提出了以掺Yb光纤激光器为光源、InGaAs光伏电池为光电转换模块,同时使用激光中继技术以实现激光远距离无线传能的技术路线。根据激光无线传能的工作流程,调研了激光产生、传输、接收和光电转换等流程的效率,在忽略天气状况、跟踪瞄准误差和激光强度不均匀等因素的前提下推算出使用激光对相距60 km的高空无人机进行无线传能的系统效率(电-激光-电的转换效率)可达11%~14%。目前,尚未发现有对激光远距离无线传能的系统效率进行定量计算的公开文献。同时,对提高激光远距离无线传能系统效率的技术途径进行了初步的探讨,为未来开展高功率激光远距离无线传能技术研究和设计激光无线传能系统提供了参考。 展开更多

关键词 激光器 无线能量传输 光伏电池 光电转换效率 激光中继技术 系统效率

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2 μm超窄线宽光纤激光实现1 kW近衍射极限输出 被引量：1

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作者 刘航 王宏宇 +7 位作者 王佳伟 于洋 张骞文 冯昱骏 孙殷宏 徐善辉 鲁燕华 唐淳 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1-3,共3页

2 μm波段光纤激光广泛应用于生物医学、环境监测、非线性频率转换,以及激光雷达和激光通信领域,备受研究人员关注。然而,该波段的激光器功率提升面临着低量子效率、高热负载和部分非线性效应的限制。基于反转概率调谐序列的高阶相位调... 2 μm波段光纤激光广泛应用于生物医学、环境监测、非线性频率转换,以及激光雷达和激光通信领域,备受研究人员关注。然而,该波段的激光器功率提升面临着低量子效率、高热负载和部分非线性效应的限制。基于反转概率调谐序列的高阶相位调制技术以抑制SBS效应、多级链路自动反馈的信号激光时域稳定控制技术以提升SRS阈值,以及光纤基横模纯化技术以控制光束质量,采用两级主放大结构,在1 950 nm波长实现了1 kW窄线宽近衍射极限输出,光光转换效率达55.6%,线宽3.8 GHz,光束质量M~2约1.2,在最高功率时无横向模式不稳定效应。 展开更多

关键词 光纤激光 MOPA放大 掺铥光纤激光器 模式不稳定 量子亏损

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基于强电磁辐照移除危险空间碎片的机理性实验研究

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作者 黄诺慈 闫二艳 +3 位作者 杨浩 鲍向阳 刘星辰 何琥 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期202-206,共5页

针对当前空间碎片数量急剧增长问题,探究基于强电磁辐照的主动清除手段的可行性,以多层隔热结构作为典型危险空间碎片模型,重点关注其电磁响应敏感的金属镀层部分,通过构建复杂多环境因素物理场,在S波段强电磁辐照和真空环境下进行了验... 针对当前空间碎片数量急剧增长问题,探究基于强电磁辐照的主动清除手段的可行性,以多层隔热结构作为典型危险空间碎片模型,重点关注其电磁响应敏感的金属镀层部分,通过构建复杂多环境因素物理场,在S波段强电磁辐照和真空环境下进行了验证实验。实验结果表明,在10^(-3)Pa量级的真空环境下,强电磁脉冲与多层隔热结构金属镀层发生相互作用,引发放电现象并产生等离子体,同时伴随着宏观动力学特性的改变。通过观察和分析,我们探讨研究了可能的物理过程,包括强场击穿导致材料点放电、面闪络引起材料网状放电和镀层损伤、粒子吸收微波能量导致材料变形以及等离子体烧蚀引起材料损毁等。该研究为利用强电磁脉冲辐照主动移除危险空间碎片提供了重要的技术支持。 展开更多

关键词 电磁辐照 空间碎片 隔热材料 放电损伤

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可级联的压控晶闸管同步驱动电路

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作者 王文东 吴朝阳 +2 位作者 王淦平 吴编 杨周炳 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第2期136-139,共4页

针对压控晶闸管脉冲工作特性和串联使用需求,设计了一种可级联的驱动电路,实现了多级串联压控晶闸管的同步开通。首先,介绍了电路拓扑及工作原理,利用推挽结构的平面耦合电感器隔离初、次级信号并传递驱动能量,解决了串联驱动小型化和... 针对压控晶闸管脉冲工作特性和串联使用需求,设计了一种可级联的驱动电路,实现了多级串联压控晶闸管的同步开通。首先,介绍了电路拓扑及工作原理,利用推挽结构的平面耦合电感器隔离初、次级信号并传递驱动能量,解决了串联驱动小型化和低压供电条件下快前沿输出的问题;其次,通过计算和仿真确定了电路参数和主要器件选型;最后,使用6级串联的MCT作为放电开关搭建了测试电路,在充电电压8.4 kV、工作重复频率20 Hz条件下,4Ω电阻负载上获得了幅值为1.958 kA的准方波脉冲电流。 展开更多

关键词 驱动电路 MOS栅控晶闸管 串联 同步 准方波脉冲

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速调管放大器输出腔的匹配理论

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作者 何琥 雷禄容 李士锋 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第2期102-107,共6页

基于输出波导与腔体耦合的等效电路模型,对于任意的输出波导与腔体的耦合和任意的腔体和电子束参数,建立了速调管放大器输出腔的匹配理论即最大输出功率理论。建立了带有互感和感应电流等参数的输出腔等效电路模型,研究了输出微波功率... 基于输出波导与腔体耦合的等效电路模型,对于任意的输出波导与腔体的耦合和任意的腔体和电子束参数,建立了速调管放大器输出腔的匹配理论即最大输出功率理论。建立了带有互感和感应电流等参数的输出腔等效电路模型,研究了输出微波功率和反射功率,其中在研究反射功率时讨论了复耦合系数不等于1和等于1这两种情况下反射功率的表达式,推导了输出波导与带有电子束的输出腔任意的耦合和完全匹配这两种情形时输出微波功率和间隙电压关系的公式。推导了完全匹配时输出腔谐振频率与输出腔有载品质因数的表达式。匹配情形时从含有互感的等效电路模型推出的输出功率的计算结果与经典理论的计算结果近似相等。 展开更多

关键词 输出腔匹配理论 互感 感应电流 有载品质因数 复耦合系数

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S波段TE_(11)输出相对论磁控管永磁包装仿真设计

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作者 崔越 秦奋 +3 位作者 徐莎 雷禄容 张勇 张玉涵 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第1期46-52,共7页

对一个S波段TE_(11)输出8腔全腔提取相对论磁控管(R8 ACAE-RM)的永磁包装设计进行了初步探索。采用一种内磁块和外磁块相组合的结构,内磁块置于阳极筒内阳极块两端,外磁块置于阳极筒外,在互作用区产生磁感应强度约为0.34 T,轴向均匀区... 对一个S波段TE_(11)输出8腔全腔提取相对论磁控管(R8 ACAE-RM)的永磁包装设计进行了初步探索。采用一种内磁块和外磁块相组合的结构,内磁块置于阳极筒内阳极块两端,外磁块置于阳极筒外,在互作用区产生磁感应强度约为0.34 T,轴向均匀区长度为72 mm的磁场,永磁体重量仅为21 kg。相较于传统外磁体系统,该设计可以使磁体重量降低,互作用区磁场强度更加均匀,系统结构更加紧凑,满足高功率微波源系统的轻量化、小型化需求。相对论磁控管选择π模作为其工作模式,通过全腔提取结构输出4个90°扇形TE_(11)模式,最后通过同轴插板模式转换器进行模式转换输出圆波导TE_(11)模式。利用粒子模拟软件对器件仿真模拟,在二极管电压320 kV,永磁体产生的磁场空间下,R8 ACAE-RM获得了1.06 GW的微波输出功率,微波中心频率为2.44 GHz,转换效率约为47%。 展开更多

关键词 高功率微波 永磁包装 TE_(11)模式 相对论磁控管 模式转换

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速调管放大器输入腔的匹配理论和模拟研究 被引量：1

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作者 何琥 李士锋 刘振帮 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期36-43,共8页

基于输入微波与腔体耦合的等效电路模型,对于任意的腔体和电子束参数,建立了任意的输入微波与腔体耦合的速调管放大器输入腔的两种匹配状态的理论。建立了带有互感和电子束等效电阻和电容等参数的输入腔等效电路模型,推导了入射功率与... 基于输入微波与腔体耦合的等效电路模型,对于任意的腔体和电子束参数,建立了任意的输入微波与腔体耦合的速调管放大器输入腔的两种匹配状态的理论。建立了带有互感和电子束等效电阻和电容等参数的输入腔等效电路模型,推导了入射功率与反射功率的表达式,以及输入微波与带有电子束的输入腔耦合的完全匹配状态和任意的耦合这两种情形时输入功率和间隙电压关系的公式。推导了完全匹配状态时输入微波工作频率与输入腔有载品质因数的表达式。推导了复耦合系数等于1时输入腔外观品质因数与热腔品质因数的表达式,得出了当工作频率等于输入腔谐振频率,输入腔外观品质因数与热腔品质因数相等,且满足电子束等效电容远小于1时接近达到匹配状态,与传统理论基本一致。通过对比两种状态时的入射功率,得出了匹配状态时的入射功率小于复耦合系数等于1时入射功率的结论。通过对比复耦合系数等于1时新理论和传统理论的入射功率,得出不考虑电子束等效电容情况下两者相等的结论。采用二维粒子模拟的模型与匹配理论进行了对比,粒子模拟与理论基本一致。根据匹配理论找到了接近匹配状态的工作频率与有载品质因数以及较小的输入功率。 展开更多

关键词 输入腔匹配理论 电子束等效电容 热腔品质因数 热腔有载品质因数 复耦合系数

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气体火花间隙开关通道电阻及热效应特性研究

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作者 张北镇 甘延青 +3 位作者 李春霞 李飞 金晓 宋法伦 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期130-135,共6页

针对一种应用于高功率重复频率Marx型脉冲功率源的两电极火花间隙气体开关,开展了火花通道电阻及其热效应特性研究,分析了火花间隙通道电阻热效应的影响因素,研究了重复频率连续工作条件下开关腔体内温度及气压变化。研究结果表明,开关... 针对一种应用于高功率重复频率Marx型脉冲功率源的两电极火花间隙气体开关,开展了火花通道电阻及其热效应特性研究,分析了火花间隙通道电阻热效应的影响因素,研究了重复频率连续工作条件下开关腔体内温度及气压变化。研究结果表明,开关腔体内气压和温度随着工作时间增长呈现先快速增加然后缓慢增长趋于稳定的趋势,脉冲电流幅值的增长对热量沉积的增加效果非常明显。研制的两电极火花间隙开关,在导通峰值电流14.7 kA、脉冲宽度160 ns的条件下连续运行9000个脉冲时,开关通道产生热量约36.6 kJ,在电流导通时间内,通过焦耳热效应计算得到开关导通时间内火花通道电阻平均值约0.12Ω。 展开更多

关键词 火花间隙开关 热效应 重复频率 脉冲功率 高功率

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Ku波段全腔提取相对论磁控管仿真设计

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作者 秦奋 徐莎 +3 位作者 张勇 崔悦 张玉涵 王冬 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期133-136,共4页

为了拓展相对论磁控管工作频段,设计了一个Ku波段高效率全腔提取相对论磁控管。该器件采用20腔阳极结构,冷腔模拟结果表明其π模工作频率约为13.5 GHz。结合全腔轴向提取技术,在电压150 kV、电流0.41 kA、工作磁场0.4 T的条件下,PIC仿... 为了拓展相对论磁控管工作频段,设计了一个Ku波段高效率全腔提取相对论磁控管。该器件采用20腔阳极结构,冷腔模拟结果表明其π模工作频率约为13.5 GHz。结合全腔轴向提取技术,在电压150 kV、电流0.41 kA、工作磁场0.4 T的条件下,PIC仿真得到38 MW的仿真功率,工作频率13.47 GHz;仿真得到的功率转换效率约61.6%。仿真结果表明该器件转换效率高,结构紧凑,具有实现轻小型永磁包装的潜质。 展开更多

关键词 高功率微波 相对论磁控管 全腔提取 KU波段 轻小型化

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针-极板内氦气等离子体射流电场监测研究

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作者 刘星辰 闫二艳 +5 位作者 黄诺慈 杨浩 石小燕 郑强林 鲍向阳 向飞 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期97-101,共5页

小空间下强电场测量方法的研究是一个难点,借助谱线的Stark效应,选择合理的原子或离子,可在无干扰的情况下完成测量。设计了一套大气压纳秒脉冲放电实验装置,通过针-极板放电产生强电场,试验He 447.1 nm谱线在不同放电电压下产生的强电... 小空间下强电场测量方法的研究是一个难点,借助谱线的Stark效应,选择合理的原子或离子,可在无干扰的情况下完成测量。设计了一套大气压纳秒脉冲放电实验装置,通过针-极板放电产生强电场,试验He 447.1 nm谱线在不同放电电压下产生的强电场下的分裂情况,在谱线展宽难以直接通过观察谱线的方法得到的情况下,借助非线性最小二乘法,分析谱线的允许分量、禁止分量和场无关分量,求出对应的波长偏移量,由此得出电场大小。根据Mason公式,在能量等效的基础上,实验结果符合理论预期,通过该方法可以实现对小空间内强电场的测量。经分析,理论与实验结果之间的偏差可能是由氦气在被击穿时产生等离子体形成的屏蔽导致。 展开更多

关键词 小空间 强电场 氦原子 STARK效应 最小二乘法

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基于神经网络反向模型的系统级电场辐射发射预测

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作者 刘璐瑶 金晓 蔡金良 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期160-168,共9页

针对多设备叠加系统级电磁兼容性问题,提出了一种基于神经网络反向模型的复杂系统电磁干扰预测新方法。首先实测单设备电场辐射发射数据,通过噪声源辐射发射等效性原理仿真多设备叠加的系统级电场辐射发射,获取训练样本集。选择各设备... 针对多设备叠加系统级电磁兼容性问题,提出了一种基于神经网络反向模型的复杂系统电磁干扰预测新方法。首先实测单设备电场辐射发射数据,通过噪声源辐射发射等效性原理仿真多设备叠加的系统级电场辐射发射,获取训练样本集。选择各设备辐射场强、频率、坐标为输入参数,以系统级电场辐射发射为输出参数,建立基于Levenberg-Marquardt (LM)算法的三层逆向传播(BP)神经网络的反向模型,将神经网络的输入、输出反向,寻找验证误差最小的备选神经网络作为最终的神经网络,并结合试位法和共轭梯度法等数值求解算法计算神经网络输出。结果表明,该模型仿真的验证误差较传统三层LM-BP神经网络改善明显,其中采用共轭梯度法求解的神经网络反向模型将验证误差由0.415 9%减小到了0.099 7%。该方法不仅不依赖于复杂的神经网络结构,且在有限的训练数据规模下提高了模型精度,为舰船、卫星、飞机等电子信息平台的电磁兼容性评估提供了一种新的高效解决途径。 展开更多

关键词 神经网络 电磁兼容 辐射发射 数值求解方法 非线性系统

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