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, doi:10.11884/HPLPB202436.230329
摘要:
为了满足脉冲电场消融的应用需求，解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题，研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号，经过驱动芯片放大控制信号后，利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少，信号控制时序简单，可提供负压偏置，使开关管可靠关断，提高了电路的抗电磁干扰能力，使电源能稳定运行。通过电阻负载实验，对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响，驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明：所设计的高频双极性脉冲电源在100 Ω纯阻性负载上能够稳定产生重频双极性纳秒脉冲，输出电压0～±4 kV可调，脉宽0.2～1.0 μs可调，正负脉冲相间延时0～1 ms可调，上升沿和下降沿60～150 ns之间。该双极性脉冲源电路设计结构紧凑，能满足应用的参数需求。
为了满足脉冲电场消融的应用需求，解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题，研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号，经过驱动芯片放大控制信号后，利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少，信号控制时序简单，可提供负压偏置，使开关管可靠关断，提高了电路的抗电磁干扰能力，使电源能稳定运行。通过电阻负载实验，对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响，驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明：所设计的高频双极性脉冲电源在100 Ω纯阻性负载上能够稳定产生重频双极性纳秒脉冲，输出电压0～±4 kV可调，脉宽0.2～1.0 μs可调，正负脉冲相间延时0～1 ms可调，上升沿和下降沿60～150 ns之间。该双极性脉冲源电路设计结构紧凑，能满足应用的参数需求。
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, doi:10.11884/HPLPB202436.230276
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电源变换系统中功率器件如MOSFETs和IGBT开关管的高速切换将产生高幅值和宽频段的电磁干扰，是电动车辆最为常见也无法避免的电磁干扰源。同时，互连线缆是机电设备传递信号和能量的载体，是实现设备功能不可或缺的组成部分，线缆的天线效应使其成为设备产生电磁干扰的主要途径，是系统电磁兼容问题的主要根源之一。为了分析高压电源变换系统对低压控制系统的电磁耦合，以某典型地面装备电源变换系统IGBT开关管产生的脉冲宽度调制波（PWM波）作为电磁干扰源，以实装线缆作为分析对象，构建高低压线缆串扰模型，仿真分析不同线缆对地距离、线缆间距条件下单线、屏蔽线、双绞线等多类低压线缆的近端串扰电压，得出低压线缆的抗干扰性，为系统线缆的布线提供指导。
电源变换系统中功率器件如MOSFETs和IGBT开关管的高速切换将产生高幅值和宽频段的电磁干扰，是电动车辆最为常见也无法避免的电磁干扰源。同时，互连线缆是机电设备传递信号和能量的载体，是实现设备功能不可或缺的组成部分，线缆的天线效应使其成为设备产生电磁干扰的主要途径，是系统电磁兼容问题的主要根源之一。为了分析高压电源变换系统对低压控制系统的电磁耦合，以某典型地面装备电源变换系统IGBT开关管产生的脉冲宽度调制波（PWM波）作为电磁干扰源，以实装线缆作为分析对象，构建高低压线缆串扰模型，仿真分析不同线缆对地距离、线缆间距条件下单线、屏蔽线、双绞线等多类低压线缆的近端串扰电压，得出低压线缆的抗干扰性，为系统线缆的布线提供指导。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230194
摘要:
初始磁场电源系统用于激励千特斯拉级内爆磁压缩装置的初级线圈产生初始磁场，是内爆磁压缩装置的关键设备。在分析千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源需求和技术难点的基础上，系统设计了核心部件选择方案和主脉冲电路及控制系统结构，研制成功一套输出电压1～40 kV可调、主放电电流脉冲上升沿约60 μs、总峰值电流达3.2 MA的初始磁场电源系统，已应用于千特斯拉级内爆磁压缩装置动态试验。
初始磁场电源系统用于激励千特斯拉级内爆磁压缩装置的初级线圈产生初始磁场，是内爆磁压缩装置的关键设备。在分析千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源需求和技术难点的基础上，系统设计了核心部件选择方案和主脉冲电路及控制系统结构，研制成功一套输出电压1～40 kV可调、主放电电流脉冲上升沿约60 μs、总峰值电流达3.2 MA的初始磁场电源系统，已应用于千特斯拉级内爆磁压缩装置动态试验。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230239
摘要:
快校正磁铁电源是光源和加速器中重要的设备。随着光源性能的提升，加速器对快校正磁铁电源的性能也提出了更高要求。为满足快校正磁铁电源性能要求和简化设计过程，开展了快校正电源控制策略和仿真研究，并提出了PI控制加二阶相位补偿的方法作为快校正磁铁电源的控制策略；利用伯德图设计快校正磁铁电源的相位补偿参数，以提高电源系统相位裕量。该方法不仅保证了电源系统工作在深度负反馈状态，而且简化了相位补偿的参数计算过程。为了验证控制策略的正确性和有效性，本文提出用压控电压源代替开关器件开展电源性能仿真的方法。仿真结果验证了上述控制策略的可行性和有效性，同时验证了上述仿真方法的有效性和高效性。
快校正磁铁电源是光源和加速器中重要的设备。随着光源性能的提升，加速器对快校正磁铁电源的性能也提出了更高要求。为满足快校正磁铁电源性能要求和简化设计过程，开展了快校正电源控制策略和仿真研究，并提出了PI控制加二阶相位补偿的方法作为快校正磁铁电源的控制策略；利用伯德图设计快校正磁铁电源的相位补偿参数，以提高电源系统相位裕量。该方法不仅保证了电源系统工作在深度负反馈状态，而且简化了相位补偿的参数计算过程。为了验证控制策略的正确性和有效性，本文提出用压控电压源代替开关器件开展电源性能仿真的方法。仿真结果验证了上述控制策略的可行性和有效性，同时验证了上述仿真方法的有效性和高效性。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230243
摘要:
托卡马克装置预电离过程中，环向磁场应与电子回旋波频率相匹配，NCST装置现有的电子回旋波频率较低，为了让环向场与已有的电子回旋波频率匹配，提出新的环向场线圈电流产生方案，在原方案的磁场线圈平顶电流产生之前增加一个低电流台阶。回顾NCST球形托卡马克装置环向场线圈电源的原有方案后，设计了全控型和半控型两种方案，从电压电流的高次谐波、电流的可控性和纹波、改动成本和安装便捷性四方面对比两个方案的优缺点，最终选定半控型改造方案。根据现场条件制作电源改造柜，尽量减少对原有电源柜的改动。实际测试结果显示，两个电流台阶衔接正常，低电流台阶宽度可调、幅值可调，满足改造要求。
托卡马克装置预电离过程中，环向磁场应与电子回旋波频率相匹配，NCST装置现有的电子回旋波频率较低，为了让环向场与已有的电子回旋波频率匹配，提出新的环向场线圈电流产生方案，在原方案的磁场线圈平顶电流产生之前增加一个低电流台阶。回顾NCST球形托卡马克装置环向场线圈电源的原有方案后，设计了全控型和半控型两种方案，从电压电流的高次谐波、电流的可控性和纹波、改动成本和安装便捷性四方面对比两个方案的优缺点，最终选定半控型改造方案。根据现场条件制作电源改造柜，尽量减少对原有电源柜的改动。实际测试结果显示，两个电流台阶衔接正常，低电流台阶宽度可调、幅值可调，满足改造要求。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230158
摘要:
目前的高压保护开关缓冲电路参数设计缺乏相关理论设计方法，同时缓冲电路方案由于设计过程中并未考虑分布电容影响，因此均为等参数设计方案，这种方法均压效果不够理想。为了解决目前参数设计中存在的问题，首先建立了含缓冲电路和杂散电感的MOSFET模型并对其关断过程进行了分析，从而得到了抑制电压尖峰的缓冲电路理论设计方法及表达式。针对于串联均压未考虑分布电容的问题，通过构造等电位点，建立了含有分布电容的等效电路并进行分析，根据电荷方程等式得到了缓冲电路非等参数设计方法及表达式，该参数设计方法可以补偿分布电容造成的电压分布不均，并更好地指导高压保护开关的均压方案设计。为了验证参数设计的合理性进行了仿真分析，结果表明，最终得到的整体设计方案可以满足尖峰抑制以及均压的设计要求。
目前的高压保护开关缓冲电路参数设计缺乏相关理论设计方法，同时缓冲电路方案由于设计过程中并未考虑分布电容影响，因此均为等参数设计方案，这种方法均压效果不够理想。为了解决目前参数设计中存在的问题，首先建立了含缓冲电路和杂散电感的MOSFET模型并对其关断过程进行了分析，从而得到了抑制电压尖峰的缓冲电路理论设计方法及表达式。针对于串联均压未考虑分布电容的问题，通过构造等电位点，建立了含有分布电容的等效电路并进行分析，根据电荷方程等式得到了缓冲电路非等参数设计方法及表达式，该参数设计方法可以补偿分布电容造成的电压分布不均，并更好地指导高压保护开关的均压方案设计。为了验证参数设计的合理性进行了仿真分析，结果表明，最终得到的整体设计方案可以满足尖峰抑制以及均压的设计要求。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230212
摘要:
作为脉冲系统的核心部件，开关承担着脉冲成形、功率调制等重要作用，开关通断速度往往决定脉冲上升时间，高速开关是纳秒短脉冲形成的关键。提出一种高速SiC-MOSFET叠层封装结构，整体布局无引线、无外接，具有极低寄生电感。开展了电磁场仿真研究，揭示了脉冲形成过程中封装多介质界面电磁场分布规律，明确了封装结构电磁薄弱环节，为进一步绝缘优化提供指导。搭建双脉冲测试平台，对研制的SiC-MOSFET叠层封装开关与同芯片商用TO-263-7封装开关的动态性能进行测试。结果表明，大电流工况下，所提封装电流开通速度提升48%，关断速度提升50%，开通损耗降低54.6%，关断损耗降低62.8%，实验结果验证了所提叠层封装结构对开关动态性能的改善。
作为脉冲系统的核心部件，开关承担着脉冲成形、功率调制等重要作用，开关通断速度往往决定脉冲上升时间，高速开关是纳秒短脉冲形成的关键。提出一种高速SiC-MOSFET叠层封装结构，整体布局无引线、无外接，具有极低寄生电感。开展了电磁场仿真研究，揭示了脉冲形成过程中封装多介质界面电磁场分布规律，明确了封装结构电磁薄弱环节，为进一步绝缘优化提供指导。搭建双脉冲测试平台，对研制的SiC-MOSFET叠层封装开关与同芯片商用TO-263-7封装开关的动态性能进行测试。结果表明，大电流工况下，所提封装电流开通速度提升48%，关断速度提升50%，开通损耗降低54.6%，关断损耗降低62.8%，实验结果验证了所提叠层封装结构对开关动态性能的改善。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230207
摘要:
为满足雷达整机对发射机小型化的需求，针对8～18 GHz宽带脉冲行波管设计了一种小型化高压电源。采用脉冲峰值功率设计方法，结合高压电容储能，实现了行波管在脉冲工作期间高压稳定输出。同时主功率逆变电路采用了移相全桥拓扑结构，高压整流电路采用了碳化硅二极管，这可减轻电源的散热压力，提高高压电源的功率密度。研制的小型化脉冲高压电源，阴极电压−6.5 kV，最大工作脉宽2 ms，峰值功率最大1600 W。与某型号脉冲行波管联调，在脉冲工作期间行波管输出射频信号功率稳定，测试结果验证了该设计方法的可行性。
为满足雷达整机对发射机小型化的需求，针对8～18 GHz宽带脉冲行波管设计了一种小型化高压电源。采用脉冲峰值功率设计方法，结合高压电容储能，实现了行波管在脉冲工作期间高压稳定输出。同时主功率逆变电路采用了移相全桥拓扑结构，高压整流电路采用了碳化硅二极管，这可减轻电源的散热压力，提高高压电源的功率密度。研制的小型化脉冲高压电源，阴极电压−6.5 kV，最大工作脉宽2 ms，峰值功率最大1600 W。与某型号脉冲行波管联调，在脉冲工作期间行波管输出射频信号功率稳定，测试结果验证了该设计方法的可行性。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230173
摘要:
介质阻挡放电 (DBD) 在工业中得到广泛应用，但效率限制了它的进一步应用。提出了一种DBD结构和针板结构相结合的三电极结构。将正极性脉冲电源施加在DBD电极上，负极性脉冲电源施加到针板电极上。分析了不同结构下三电极DBD的放电特性、现象和光谱强度。结果表明，三电极结构更加有利于DBD放电通道的产生，其放电均匀性、发光强度均强于双电极DBD，特别是在丝网接地电极条件下，放电更加强烈。当三种电极结构正极性电压维持在11 kV，负极性电压为-5 kV时，丝网接地三电极中DBD的放电电流峰值达到1.54 A，而实心接地三电极和传统双电极中DBD的放电电流峰值为1.14 A和0.74 A。在负极性脉冲维持期间，针网间隙处于击穿状态，DBD放电出现很大的放电电流。在三电极结构中，随着施加在针板上负极性电压的升高也使三电极DBD放电更加强烈。不同结构下的DBD的放电光谱表明在丝网接地时三电极DBD激发粒子的光谱强度最强。这一趋势与DBD放电电流和功率一致。
介质阻挡放电 (DBD) 在工业中得到广泛应用，但效率限制了它的进一步应用。提出了一种DBD结构和针板结构相结合的三电极结构。将正极性脉冲电源施加在DBD电极上，负极性脉冲电源施加到针板电极上。分析了不同结构下三电极DBD的放电特性、现象和光谱强度。结果表明，三电极结构更加有利于DBD放电通道的产生，其放电均匀性、发光强度均强于双电极DBD，特别是在丝网接地电极条件下，放电更加强烈。当三种电极结构正极性电压维持在11 kV，负极性电压为-5 kV时，丝网接地三电极中DBD的放电电流峰值达到1.54 A，而实心接地三电极和传统双电极中DBD的放电电流峰值为1.14 A和0.74 A。在负极性脉冲维持期间，针网间隙处于击穿状态，DBD放电出现很大的放电电流。在三电极结构中，随着施加在针板上负极性电压的升高也使三电极DBD放电更加强烈。不同结构下的DBD的放电光谱表明在丝网接地时三电极DBD激发粒子的光谱强度最强。这一趋势与DBD放电电流和功率一致。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230155
摘要:
电源中的磁性元件对外部磁场天然敏感，其工作特性直接影响电源的输出特性。实现背景磁场的建模是研究电源中磁性元件受强杂散磁场干扰问题的重要前提，但目前关注这一应用场景的相关研究较少，且常用的电磁场分析方法难以兼顾计算的精度和效率。基于等效磁路网络法提出了一种杂散磁场效应的分析方法，该法将研究对象等效生成磁路单元，离散形成网络模型，并通过求解等效磁路系统方程得到模型的场量分布。以一款具体的环形铁氧体磁芯为例，利用等效磁路网络法计算了环形磁芯在直流激励和均匀正交磁场下的场量分布，分析了背景磁场对其等效电感的影响。通过对比等效磁路网络法与有限元法的计算结果，验证了所提分析方法的准确性与高效性，表明了该方法适用于电源受背景磁场干扰问题的分析。
电源中的磁性元件对外部磁场天然敏感，其工作特性直接影响电源的输出特性。实现背景磁场的建模是研究电源中磁性元件受强杂散磁场干扰问题的重要前提，但目前关注这一应用场景的相关研究较少，且常用的电磁场分析方法难以兼顾计算的精度和效率。基于等效磁路网络法提出了一种杂散磁场效应的分析方法，该法将研究对象等效生成磁路单元，离散形成网络模型，并通过求解等效磁路系统方程得到模型的场量分布。以一款具体的环形铁氧体磁芯为例，利用等效磁路网络法计算了环形磁芯在直流激励和均匀正交磁场下的场量分布，分析了背景磁场对其等效电感的影响。通过对比等效磁路网络法与有限元法的计算结果，验证了所提分析方法的准确性与高效性，表明了该方法适用于电源受背景磁场干扰问题的分析。
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, doi:10.11884/HPLPB202436.230082
摘要:
针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象，研究了脉冲序列中首次脉冲击穿延时和后续脉冲击穿延时，研究结果发现首次脉冲击穿延时在脉宽范围内大致均匀分布，后续脉冲击穿延时波动性较小。根据击穿延时数据对电离率进行了分析，指出在重频条件下，初始电子密度较高，电子密度分布不适用指数分布，无法用延时数据标准差对电离率进行估计。提出了一种用重频脉冲击穿延时数据计算电离率的方法，并将计算结果与仿真结果进行了对比，结果显示，二者有较好的对应关系。
针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象，研究了脉冲序列中首次脉冲击穿延时和后续脉冲击穿延时，研究结果发现首次脉冲击穿延时在脉宽范围内大致均匀分布，后续脉冲击穿延时波动性较小。根据击穿延时数据对电离率进行了分析，指出在重频条件下，初始电子密度较高，电子密度分布不适用指数分布，无法用延时数据标准差对电离率进行估计。提出了一种用重频脉冲击穿延时数据计算电离率的方法，并将计算结果与仿真结果进行了对比，结果显示，二者有较好的对应关系。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230299
摘要:
基于面向对象的C++语言研制三维柱坐标共形网格生成程序，对束-场互作用器件作共形网格剖分，为粒子模拟算法提供积分线元、面元。通过定义三维柱坐标网格体系如网格步长、网格索引、守护网格层、包围盒等数据，使模型的空间信息能转换成柱坐标网格信息。将轴上网格单元作特殊处理，使粒子模拟算法形式在轴上网格和在非轴上网格上保持一致。利用射线跟踪法得到属于模型子面、模型棱边的离散边界点，接着通过拓扑关系获得模型的顶点，保存上述三类离散边界点的拓扑信息和网格信息。将构建的基础网格元与边界点信息耦合，在离散网格体系中重构模型。用该共形网格剖分技术对相对论磁控管进行剖分，能够识别该磁控管的透明阴极、阳极和谐振腔等结构。
基于面向对象的C++语言研制三维柱坐标共形网格生成程序，对束-场互作用器件作共形网格剖分，为粒子模拟算法提供积分线元、面元。通过定义三维柱坐标网格体系如网格步长、网格索引、守护网格层、包围盒等数据，使模型的空间信息能转换成柱坐标网格信息。将轴上网格单元作特殊处理，使粒子模拟算法形式在轴上网格和在非轴上网格上保持一致。利用射线跟踪法得到属于模型子面、模型棱边的离散边界点，接着通过拓扑关系获得模型的顶点，保存上述三类离散边界点的拓扑信息和网格信息。将构建的基础网格元与边界点信息耦合，在离散网格体系中重构模型。用该共形网格剖分技术对相对论磁控管进行剖分，能够识别该磁控管的透明阴极、阳极和谐振腔等结构。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230248
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针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象，文章重点研究了脉冲序列中首次击穿时的延迟脉冲数，发现其与种子电子、脉冲击穿概率以及微波场强密切相关。研究发现，微波场强可通过作用于种子电子间接影响脉冲击穿概率和延迟脉冲数，由此提出利用延迟脉冲数估计微波击穿临界场强的方法，并定义在脉冲击穿概率大于一定值时的微波临界场强作为击穿阈值。文章推导了脉冲击穿概率的估计公式，并对估计量的性能进行了分析，随后利用S波段微波大气击穿模拟装置开展了实验验证。实验结果表明，在一定范围内，重复频率微波脉冲击穿延迟脉冲数仅与种子电子产生率和脉宽成反比，能用于估计脉冲击穿概率，进而给出击穿临界场强。
针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象，文章重点研究了脉冲序列中首次击穿时的延迟脉冲数，发现其与种子电子、脉冲击穿概率以及微波场强密切相关。研究发现，微波场强可通过作用于种子电子间接影响脉冲击穿概率和延迟脉冲数，由此提出利用延迟脉冲数估计微波击穿临界场强的方法，并定义在脉冲击穿概率大于一定值时的微波临界场强作为击穿阈值。文章推导了脉冲击穿概率的估计公式，并对估计量的性能进行了分析，随后利用S波段微波大气击穿模拟装置开展了实验验证。实验结果表明，在一定范围内，重复频率微波脉冲击穿延迟脉冲数仅与种子电子产生率和脉宽成反比，能用于估计脉冲击穿概率，进而给出击穿临界场强。
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, doi:10.11884/HPLPB202436.230275
摘要:
等离子体相对论微波发生器（PRMG）可以产生宽带高功率微波输出，同时又具有良好的频率可调谐性，因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区，工作模式为慢等离子体波TM01模（下称P-TM01模）的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM01模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析，获得等离子体束密度np、径向厚度Δrp和径向位置rp以及外加引导磁场强度Bz和波导半径rw等参数对P-TM01模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括：（1）一定范围内，np和Δrp的变化对色散特性影响较大，rp，Bz和rw的变化对色散特性影响较小。值得关注的是，由于波导中环形等离子体束的存在，随着波导半径rw的增加，相同纵向波数kz对应的P-TM01模的频率没有降低而是略有提高。因此，在实际应用时，可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量；适当降低磁场，则有利于提高器件的紧凑性。（2）P-TM01模的纵向电场的方向不随径向位置变化，径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反,外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。主要物理参数变化时，场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和kz相应增加，电场能量向等离子体束收拢，不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行，束波互作用的共振点最好落在kz相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。
等离子体相对论微波发生器（PRMG）可以产生宽带高功率微波输出，同时又具有良好的频率可调谐性，因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区，工作模式为慢等离子体波TM01模（下称P-TM01模）的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM01模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析，获得等离子体束密度np、径向厚度Δrp和径向位置rp以及外加引导磁场强度Bz和波导半径rw等参数对P-TM01模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括：（1）一定范围内，np和Δrp的变化对色散特性影响较大，rp，Bz和rw的变化对色散特性影响较小。值得关注的是，由于波导中环形等离子体束的存在，随着波导半径rw的增加，相同纵向波数kz对应的P-TM01模的频率没有降低而是略有提高。因此，在实际应用时，可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量；适当降低磁场，则有利于提高器件的紧凑性。（2）P-TM01模的纵向电场的方向不随径向位置变化，径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反,外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。主要物理参数变化时，场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和kz相应增加，电场能量向等离子体束收拢，不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行，束波互作用的共振点最好落在kz相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230260
摘要:
基于宽禁带光导半导体的固态光导微波源是高功率微波产生的一种新途径，该方案具有功率密度高、频带范围宽等特点，且其低时间抖动特性使其在功率合成方面具有巨大潜力，利用光波束形成网络构建光导微波有源相控阵是光导微波器件迈向实用的重要途径。本文分析了光导微波相控阵系统原理，设计了光导微波真延时网络架构，并构建了差分真延时相控阵和考虑相位随机误差的真延时相控阵的理论模型，对影响功率合成和波束扫描的关键因素开展定量分析和仿真验证。结果表明，对于发射1 GHz信号的n×10阵列，延时均方差在10 ps以下时，指向偏差小于0.13°，峰值增益损耗小于2%；延时步进精度在10 ps以下时，指向偏差小于0.2°，峰值增益损耗小于0.03%。由此提出延时精度指标，为未来更高功率、更大规模的光导微波合成技术发展提供参考。
基于宽禁带光导半导体的固态光导微波源是高功率微波产生的一种新途径，该方案具有功率密度高、频带范围宽等特点，且其低时间抖动特性使其在功率合成方面具有巨大潜力，利用光波束形成网络构建光导微波有源相控阵是光导微波器件迈向实用的重要途径。本文分析了光导微波相控阵系统原理，设计了光导微波真延时网络架构，并构建了差分真延时相控阵和考虑相位随机误差的真延时相控阵的理论模型，对影响功率合成和波束扫描的关键因素开展定量分析和仿真验证。结果表明，对于发射1 GHz信号的n×10阵列，延时均方差在10 ps以下时，指向偏差小于0.13°，峰值增益损耗小于2%；延时步进精度在10 ps以下时，指向偏差小于0.2°，峰值增益损耗小于0.03%。由此提出延时精度指标，为未来更高功率、更大规模的光导微波合成技术发展提供参考。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230214
摘要:
大功率电磁脉冲冲击下，射频集成微系统内部容易产生负载失配问题，严重者可能导致系统失效甚至损毁。采用实时的波形测试方法，对射频器件的负载失配进而导致器件损毁的机理进行了分析。该方法以矢量网络分析仪作为主要测试仪器，结合回波信号注入和相位参考模块获得待测器件实时电压电流波形，进而分析其负载失配影响机制。采用有源负载牵引技术模拟大功率耦合电磁脉冲注入，进行了电压驻波比39∶1的失配测试，大幅提升了测试范围。创新性地采用了谐波信号源注入模拟杂散谐波电磁干扰，评估器件的谐波阻抗失配特性。通过实际HBT器件测试的结果表明，基波的失配会造成负载端电压过大，增加器件的易损性；基波和谐波频率的干扰分量组合使得输出电压瞬态峰值升高，造成器件的损毁。在进行电磁安全防护时，应同时考虑基波和谐波频率的防护。
大功率电磁脉冲冲击下，射频集成微系统内部容易产生负载失配问题，严重者可能导致系统失效甚至损毁。采用实时的波形测试方法，对射频器件的负载失配进而导致器件损毁的机理进行了分析。该方法以矢量网络分析仪作为主要测试仪器，结合回波信号注入和相位参考模块获得待测器件实时电压电流波形，进而分析其负载失配影响机制。采用有源负载牵引技术模拟大功率耦合电磁脉冲注入，进行了电压驻波比39∶1的失配测试，大幅提升了测试范围。创新性地采用了谐波信号源注入模拟杂散谐波电磁干扰，评估器件的谐波阻抗失配特性。通过实际HBT器件测试的结果表明，基波的失配会造成负载端电压过大，增加器件的易损性；基波和谐波频率的干扰分量组合使得输出电压瞬态峰值升高，造成器件的损毁。在进行电磁安全防护时，应同时考虑基波和谐波频率的防护。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230184
摘要:
微波功率模块（MPM）是真空电子器件和固态电子器件组合而成的一种新型微波功率器件，具有频率高、频带宽、功率大、体积重量小等特点，它使常规行波管的应用变得更加便利和广泛。现代战争向雷达、电子战综合一体化方向发展，这就要求功放既能工作在高峰值功率、低占空比的高模工作方式，也能工作在低峰值功率、准连续波的低模工作方式，针对这一需求，结合电子系统收发共孔径的要求，提出了T/R双模MPM技术。T/R双模MPM技术的核心是T/R双模行波管，基于三端口双向T/R行波管，通过在慢波系统的衰减器附近设置一个耦合口，实现行波管的信号反向接收功能；通过T/R双模行波管设计、双模放大均衡组件、双调制栅极电源等技术实现MPM的双模双向功能。T/R双模MPM应用前景广阔，特别是在基于无人机平台的作战应用中的具有明显优势。
微波功率模块（MPM）是真空电子器件和固态电子器件组合而成的一种新型微波功率器件，具有频率高、频带宽、功率大、体积重量小等特点，它使常规行波管的应用变得更加便利和广泛。现代战争向雷达、电子战综合一体化方向发展，这就要求功放既能工作在高峰值功率、低占空比的高模工作方式，也能工作在低峰值功率、准连续波的低模工作方式，针对这一需求，结合电子系统收发共孔径的要求，提出了T/R双模MPM技术。T/R双模MPM技术的核心是T/R双模行波管，基于三端口双向T/R行波管，通过在慢波系统的衰减器附近设置一个耦合口，实现行波管的信号反向接收功能；通过T/R双模行波管设计、双模放大均衡组件、双调制栅极电源等技术实现MPM的双模双向功能。T/R双模MPM应用前景广阔，特别是在基于无人机平台的作战应用中的具有明显优势。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230119
摘要:
针对低信噪比条件下，现有的雷达辐射源信号识别方法存在识别正确率低、时效性差的问题，提出了一种基于压缩残差网络的雷达辐射源信号识别方法。首先，利用Choi-Williams分布的时频分析方法将时域信号转换为二维时频图像；然后，根据应用场景特点，选择卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）“压缩”范围；最后，构建压缩残差网络来自动提取图像特征并完成分类。仿真实验结果表明，在同等体量的设计下，与当前较为常用的标准CNN以及ResNet模型相比，所提模型能够降低信号识别运行时间约8.4倍，在信噪比为-14dB条件下对14种雷达辐射源信号的平均识别率高约5%。提供了一种高效的雷达辐射源信号智能识别方法，具有潜在的工程应用前景。
针对低信噪比条件下，现有的雷达辐射源信号识别方法存在识别正确率低、时效性差的问题，提出了一种基于压缩残差网络的雷达辐射源信号识别方法。首先，利用Choi-Williams分布的时频分析方法将时域信号转换为二维时频图像；然后，根据应用场景特点，选择卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）“压缩”范围；最后，构建压缩残差网络来自动提取图像特征并完成分类。仿真实验结果表明，在同等体量的设计下，与当前较为常用的标准CNN以及ResNet模型相比，所提模型能够降低信号识别运行时间约8.4倍，在信噪比为-14dB条件下对14种雷达辐射源信号的平均识别率高约5%。提供了一种高效的雷达辐射源信号智能识别方法，具有潜在的工程应用前景。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230101
摘要:
相对论电子束在理想顺磁环境下能够以较高的注量率击中靶目标，但实际情况中由于受环境的影响，相对论电子束的传输方向可能会与地磁场呈小角度偏差，因此会受到地磁场的作用产生拉莫尔进动，影响电子束的到靶瞄准以及到靶注量。基于二维片状相对论电子束，分别对相对论电子束顺磁和偏离磁场3°角两种传输情况进行仿真模拟，通过模拟束团的传输过程，分析研究了顺磁环境下不同传输距离束团到靶率的变化规律，以及偏离磁场3°角时传输过程中注量率的变化规律，为相对论电子束到靶率的预估和靶目标的瞄准提供数据参考。
相对论电子束在理想顺磁环境下能够以较高的注量率击中靶目标，但实际情况中由于受环境的影响，相对论电子束的传输方向可能会与地磁场呈小角度偏差，因此会受到地磁场的作用产生拉莫尔进动，影响电子束的到靶瞄准以及到靶注量。基于二维片状相对论电子束，分别对相对论电子束顺磁和偏离磁场3°角两种传输情况进行仿真模拟，通过模拟束团的传输过程，分析研究了顺磁环境下不同传输距离束团到靶率的变化规律，以及偏离磁场3°角时传输过程中注量率的变化规律，为相对论电子束到靶率的预估和靶目标的瞄准提供数据参考。
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230281
摘要:
Microwave heating inhomogeneity has always been a hot issue in the minds of researchers engaged in microwave heating control. According to the physical structure of the microwave heating device, the static difference model of the surface temperature of each layer in the furnace is established, and the actual power of microwave heating is obtained by combining with experiments. Based on the finite difference method of heat transfer, the temperature distribution model in 3D space is established, and the effectiveness of the model is verified by MATLAB and COMSOL simulation. Compare the equilibrium temperature of the heated medium obtained by uniformly heating the microwave with the temperature distribution during uneven heating, and identify the partial temperature rise equilibrium point of the medium during the microwave heating process. Finally, it is compared with each other to find out the best point for the control object for expert PID (proportion-integral-derivative) microwave heating. The experimental results show that this method can accurately measure the equilibrium temperature of liquid heated medium at any time, and can make microwave heating more widely used in industrial production.
Microwave heating inhomogeneity has always been a hot issue in the minds of researchers engaged in microwave heating control. According to the physical structure of the microwave heating device, the static difference model of the surface temperature of each layer in the furnace is established, and the actual power of microwave heating is obtained by combining with experiments. Based on the finite difference method of heat transfer, the temperature distribution model in 3D space is established, and the effectiveness of the model is verified by MATLAB and COMSOL simulation. Compare the equilibrium temperature of the heated medium obtained by uniformly heating the microwave with the temperature distribution during uneven heating, and identify the partial temperature rise equilibrium point of the medium during the microwave heating process. Finally, it is compared with each other to find out the best point for the control object for expert PID (proportion-integral-derivative) microwave heating. The experimental results show that this method can accurately measure the equilibrium temperature of liquid heated medium at any time, and can make microwave heating more widely used in industrial production.
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, doi:10.11884/HPLPB202335.230148
摘要:
提出用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构，将其门极也短接，以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案，只需1个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号，同步驱动所有充电管和放电管，大幅简化了脉冲电源结构和尺寸，降低了成本。并以此搭建了24级固态Marx发生器，在10 kΩ阻性负载上，获得了10 kV、1 kHz、5 μs的高压方波脉冲，验证了方案的可行性，且该电源主电路的尺寸仅有20 cm（长）×13 cm（宽）×5.5 cm（高）。
提出用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构，将其门极也短接，以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案，只需1个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号，同步驱动所有充电管和放电管，大幅简化了脉冲电源结构和尺寸，降低了成本。并以此搭建了24级固态Marx发生器，在10 kΩ阻性负载上，获得了10 kV、1 kHz、5 μs的高压方波脉冲，验证了方案的可行性，且该电源主电路的尺寸仅有20 cm（长）×13 cm（宽）×5.5 cm（高）。
