强激光与粒子束杂志社
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强激光与粒子束杂志

《强激光与粒子束》杂志在全国影响力巨大,创刊于1989年,公开发行的月刊杂志。创刊以来,办刊质量和水平不断提高,主要栏目设置有:综述、研究快报、高功率激光与光学、ICF与激光等离子体、高功率微波、粒子束技术、加速器技术、脉冲功率技术等。
  • 主管单位:四川省科学技术协会
  • 主办单位:中国工程物理研究院;中国核学会;四川核学会
  • 国际刊号:1001-4322
  • 国内刊号:51-1311/O4
  • 出版地方:四川
  • 邮发代号:62-76
  • 创刊时间:1989
  • 发行周期:月刊
  • 期刊开本:A4
  • 复合影响因子:0.4
  • 综合影响因子:0.388
相关期刊
服务介绍

强激光与粒子束 2016年第03期杂志 文档列表

高功率超宽带馈源设计与实验

摘要:针对大型抛物反射面天线中的高功率超宽带馈源,提出一种恒阻抗不平衡一平衡转换结构(巴伦)加切比雪夫渐变线TEM 喇叭的馈源设计方法,采用数值模拟研究了其阻抗特性、传输特性与辐射特性,并进行了测试实验.结果表明:该种馈源结构在较小的体积下具有低反射、高带宽和高馈电效率的优点.该馈源已成功应用于大型高功率抛物反射面天线.
1-5

X波段长脉冲多注相对论速调管放大器杂模振荡抑制

摘要:为进一步提高相对论速调管放大器(RKA)的工作频率和输出功率,开展了X 波段GW 级长脉冲多注RKA 实验研究,对实验中出现的杂模振荡现象进行了模拟和实验分析.结果表明,电子回流是导致实验中出现杂模振荡的主要因素,采取了相应措施减少电子回流从而抑制杂模振荡,实现多注RKA 输出微波功率约为0.98GW,脉宽为95ns,频率为9.405GHz.
6-10

透明阴极实现相对论磁控管跳频的仿真

摘要:基于一个6腔同腔结构相对论磁控管,透明阴极金属条个数与磁控管腔数相同时相对论磁控管易于工作在2π模式,减少为腔体数目一半时易于工作在π模式,提出了旋转扇形透明阴极金属条角向位置实现相对论磁控管中心频率跳变的方案.经仿真优化,设计了外径15mm,6个扇形金属条的透明阴极,每个扇形金属条的角向宽度为20°.运用粒子模拟软件,仿真分析了角向位置金属条与阳极块相对应及金属条与谐振腔相对应两种情况,在工作磁场保持0.75T,调节工作电压在600~800kV 内变化时,模拟结果表明,相对论磁控管可以很稳定地分别工作在2π模式和π模式,即通过旋转透明阴极实现相对论磁控管频率跳变.
11-14

微波输出窗内表面闪络击穿3维全电磁等离子体流体模拟

摘要:通过建立电磁场等离子体流体耦合物理模型,基于自主研发的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D,编制了3维电磁场与等离子流体耦合程序模块,对1.3GHz高功率微波窗内表面闪络击穿物理过程进行了数值模拟。研究结果表明:微波窗内侧表面形成的等离子体构型与初始种子电子分布形式密切相关。中心点源分布下,等离子体发展为“蘑菇"形状,输出微波脉冲缩短并不严重,等离子体吸收微波功率大于反射微波功率;面源分布下,等离子体发展为“帽子"形状,输出微波脉冲缩短严重,输出微波完全截断,开始阶段等离子体吸收微波功率占优,待等离子体密度增加到一定程度后,反射微波功率占优。通过降低窗体表面场强、表面释气率及初始种子电子密度等方法,可不同程度地延长输出微波脉冲宽度。窗体表面不同气体层厚度对闪络击穿下的输出微波脉冲宽度影响不大。
15-23

云母/交联聚苯乙烯复合材料制备及沿面闪络性能

摘要:交联聚苯乙烯具有优异的电气性能、力学性能和可加工性能,已作为高压绝缘材料得到了重要应用。随着脉冲功率技术向小型化方向发展,对交联聚苯乙烯真空沿面闲络性能提出了更高要求。以苯乙烯为单体,二乙烯基苯为交联剂,偶氨二异丁腈为引发剂,采用超声波分散技术将不同质量分数的云母均匀分散于溶液体系中,通过原位自由基聚合制备出云母/交联聚苯乙烯复合材料。采用红外光谱、电子扫描显微镜等对材料组成和形貌进行了表征,采用短脉冲高压测试平台研究了云母对交联聚苯乙烯真空沿面闲络性能的影响。结果表明,当云母质量分数低于5%时,复合材料中云母为均匀分散状态,随着掺杂量进一步提升,出现了明显的团聚现象;当云母质量分数为35%~5%之间时,真空沿面闲络击穿电压和耐电寿命较交联聚苯乙烯得到了明显提升。
24-28

用于磁控管轴向辐射TE11模式的紧凑型输出结构

摘要:提出了一种用于轴向输出相对论磁控管中具有TE11辐射模式的紧凑型输出结构.该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过合理设计谐振腔结构与输出圆波导之间过渡结构,模拟实现了圆TE11模式微波的轴向输出.与传统衍射输出相对论磁控管相比,本文设计的轴向输出结构,不仅能在输出波导中获得更加纯净的微波模式,而且能减小磁控管的径向尺寸,使得系统更加紧凑化.初步的粒子模拟结果表明:当电压为280kV、磁场强度为0.5T时,该器件的工作频率为4.18GHz,输出功率为247.0MW,功率转换效率达到21.9%.
29-33

基于JASMIN并行框架的2.5维粒子模拟程序NEPTUNE2D的研制

摘要:介绍了25维自主研制的并行电磁粒子模拟程序NEPTUNE2D初步研发情况。该程序基于JASMIN并行自适应结构网格支撑框架研制,并行效能高,可扩展性强,且支持动态负载平衡;采用新型PIC算法替代传统算法,避免求解泊松方程修正电场,更适用于大规模并行计算;程序支持rz坐标系下的器件仿真,可应用于高功率微波器件、电真空器件的快速模拟设计。该程序现已完成电磁场更新、粒子推进、电磁场注入/引出、粒子发射/吸收等基本物理功能模块的研制,并通过同轴线、圆波导、同轴二极管及无箔二极管算例模拟验证了模块的正确性。最后,应用NEPTUNE2D程序设计了一个高效同轴相对论返波管,给出了粒子模拟结果和并行性能测试结果。
34-40

S波段分离腔振荡器的数值模拟与设计

摘要:通过粒子模拟的方法设计了分离腔振荡器(SCO),并建立了基于爆炸发射的阴极模型,对带有真实二极管结构的SCO 进行了整体的粒子模拟研究.典型的数值模拟结果为:在二极管电压为495kV,电流为3.93kA时,输出高功率微波的功率为640MW,微波频率为2.85GHz,功率效率为33.0%.同时,还研究了二极管输入电压幅度及波形、阴-阳极间距、阴极半径等参数对SCO 输出高功率微波特性的影响,初步研究结果表明:除了栅网的通过率,SCO 对二极管阻抗、阴极半径等参数也比较敏感,对应-定的二极管阻抗,需有一个最佳的电压值与之匹配;三角波电压波形会明显降低SCO 的功率效率.
41-45

径向线内电子束的空间极限电流

摘要:为了对径向线内电子束的空间极限电流及相关物理参量进行分析,在径向方向无穷长与束流密度轴向均匀的假设条件下,对电势满足的线性泊松方程进行了解析求解,得到了空间极限电流的解析表达式,接下来对束流密度轴向非均匀分析条件下电势满足的非线性方程进行了数值求解,并与解析结果进行了对比.研究表明径向电子束具有较高的空间极限电流且当束流接近于极限电流传输时,束密度的非均匀性明显增加,相关结论可以为径向高功率微波器件的设计提供指导.
46-51

双负媒质结构改善Ku波段天线辐射特性

摘要:基于负介电常数和负磁导率产生原理,采用金属细线和裂环谐振器结构,针对12.5GHz频率开展双负媒质结构设计.通过特殊边界条件下犛参数计算以及Nicolson-Ross-Weir方法,完成等效参数的提取,获得介电常数、磁导率、折射率实部均为负值,且折射率接近于0的左手材料特性.将双负媒质结构加载于Ku波段圆锥喇叭口面进行仿真优化,提高天线增益2.17dB,在11~13GHz频带范围内,加载天线的增益均有所改善.实验结果表明,口面加载双负媒质结构后,天线增益提高1.51dB,后向辐射减小5.7dB,辐射特性获得了明显改善.
52-56

基于FPGA的微型直流电机控制器IP核设计

摘要:为了实现阵列天线波束高效控制和系统小型化,实现多轴微型直流伺服系统达到高速、并行控制,根据NiosⅡ处理器的Avalon总线规范,利用Verilog硬件描述语言,设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的微型直流电机控制器IP核.该控制器采用了有限状态机的方法,分多模块实现硬件控制功能.针对微型直流电机特性,采用了比例-积分-微分(PID)算法、分段控制及启停监测等控制策略.最后利用软件QuartusⅡ及DE0开发板进行了仿真和实验验证,实验表明,该控制器具有响应速度快、定位精度高、可靠性高、体积小等特点,可以可靠地对各路微型直流电机进行独立控制,且控制性能良好,能够实现天线单元快速、准确的相位控制.
57-61

铁电体移相器高功率微波应用研究

摘要:为拓展高功率微波阵列天线的波束扫描范围,将铁电体移相器引入到高功率微波领域.分析铁电体移相器的工作原理,并研究其应用于高功率微波领域可能遇到的问题,利用时域有限差分法对高功率微波在铁电体材料中传播的简单模型进行分析,研究了微波功率及偏置电场对输出波形的影响,并进一步分析铁电体移相器应用于高功率微波领域的可行性.结果表明:在不考虑介质损耗的情形下,选择适当的铁电体材料可以在10cm 内实现L波段180°相移,同时传输效率达到90%以上.
62-65

L波段全腔提取轴向输出相对论磁控管设计

摘要:设计了一种全腔提取轴向输出相对论磁控管.在π 模工作的N 腔磁控管中,该结构利用磁耦合的方式通过两个相邻谐振腔在一个扇形波导内激励起TE11模,然后再由N/2个相位相同的扇形波导TE11模沿轴向向外传输.对L波段全腔提取轴向输出磁控管进行了仿真设计,在600kV,6.3kA 的条件下,获得1.89GW 微波输出,功率转换效率50%,微波频率1.57GHz.该结构在径向方向上仅增加一个扇形波导厚度,便于实现相对论磁控管的紧凑、高效设计.
66-69

Ka波段高功率微波TM0n-TEM混合模式转换器设计

摘要:由于过模Ka波段高功率微波返波管通常输出TM0n混合模式,在保证较高能量转换效率的条件下,难以同时兼顾其输出模式的纯度,而辐射终端为达到理想发射效果则要求单一模式馈人,这就给输出混合模式微波源的实际应用带来困难。针对这一技术难点,提出了一种结构紧凑的TM0nTEM(m≤5)混合模式转换器的设计方法,利用内外两路同轴阶梯波导并配合适当的插板调相结构可以实现在高功率容量条件下,较宽频带范围内,高效地将TM0n混合模式转换为单一的TEM模,降低了此类高频段HPM源模式纯化设计的难度。
70-74

高功率椭圆形柱面介质透镜天线阵的设计

摘要:设计了一种椭圆形柱面透镜天线阵列。为改善天线的辐射性能,考虑到高功率应用中的高压击穿问题,提出在横截面为椭圆形组合矩形的天线罩内填充变压器油的方法,并将三元刀型天线阵列密封其内,形成介质透镜天线阵。利用椭圆的几何聚焦能力和介质的缩波效应,提高天线阵列的主瓣增益,并增加天线阵列的电尺寸。通过调整天线阵列的单元间距,相较于不加透镜的阵列结构,该结构的轴向远场电压峰峰值增加41%,远场辐射波束宽度变窄,前后比也得到改善,且增益提高了4.96dB,功率容量提高338倍,达9.63GW。
75-79

不同频率高功率微波辐照下PCB电路的混合模拟

摘要:采用一个混合模拟方法研究计算了不同频率高功率微波(HPM)辐照下含有PIN 限幅器的PCB电路上的耦合信号.该混合模拟方法基于瞬态电磁拓扑和器件/电路混合模拟技术,实现了场、路、器件的混合模拟,能够模拟计算出HPM 辐照下屏蔽腔内PCB 电路上的耦合信号.用该方法研究计算了频率分别为1,1.25和2.5GHz的HPM 在PCB电路上的耦合信号.计算结果表明:当PCB 电路无屏蔽腔时,1GHzHPM的耦合信号最大,而PCB电路有屏蔽腔时,2.5GHzHPM 的耦合信号最大;PIN 限幅器在耦合信号较大时具有较好的抑制作用.
80-83

用于高功率微波器件的永磁体的设计和测试

摘要:报道了用于高功率相对论返波管振荡器的永磁体的设计和试制.以Halbach阵列结构为基础,通过选择高性能的永磁材料,调整磁钢的充磁方向、排列方式和尺寸,优化设计了可用于某相对论返波管振荡器的永磁体结构,其均匀区磁场强度0.98T.采用粒子模拟方法,进行了永磁体与返波管振荡器的-体化设计,设计结果表明:器件输出功率超过1GW,设计的永磁体能够满足器件对磁场强度和位形的要求.对永磁体进行了试制和测试,测试结果为:均匀区磁场0.88T,均匀区长110mm,磁体重量约306kg.
84-87

高功率跨波段相对论速调管放大器模拟设计

摘要:设计了一种能在S波段和C 波段实现稳定输出的高功率相对论速调管放大器,并使用电磁粒子PIC 程序进行了模拟研究.模拟结果表明:采用700kV,4kA 的电子束,在注入微波功率340kW、注入微波频率分别为2.8GHz和3.2GHz的条件下,通过合理选择输入腔和中间腔的结构和工作模式、调节器件输出腔的腔长,模拟实现了S波段(3.2GHz)和C 波段(5.6GHz)分别为1GW 和490 MW 的微波输出,束波转换效率分别约为35%和17%.
88-93