研制出国内首支基于电子回旋加热应用的28 GHz/50 kW准光输出大功率连续波回旋管。该回旋管采用了双阳极磁控注入枪, TE02模式谐振腔, 内置准光模式变换器, 单级降压收集极。回旋管采用无液氦制冷超导磁体提供稳态磁场。实验中成功实现54.8 kW/1 s短脉冲输出和45.8 kW/30 s的连续波输出, 工作频率为28.08 GHz, 总效率达到57%。

通过摆动离子束刻蚀方法, 制作了用于短波红外高光谱成像光谱仪的凸面闪耀光栅。该方法通过在光栅子午方向上进行摆动刻蚀, 解决了凸面光栅子午方向的闪耀角一致性问题。建立了摆动刻蚀模型来分析摆动速度、束缝宽度等工艺参数对槽型演化的影响, 并计算了优化的刻蚀工艺参数。制备了基底尺寸为67 mm, 曲率半径为156.88 mm, 刻线密度为45.5 gr/mm, 闪耀角为2.2°的凸面闪耀光栅, 并对其表面形貌及衍射效率进行了测量。实验结果表明, 摆动刻蚀法能够制作出闪耀角一致性好、衍射效率高的小闪耀角凸面光栅, 满足成像光谱仪对光谱分辨率和便携性的使用要求。

系统地梳理了激光间接驱动点火靶内爆压缩的物理过程, 使用理论方法和一维流体力学模拟给出了靶丸内爆过程中的关键定标律公式。通过这些定标律公式获得了在给定黑腔辐射温度、飞行熵增因子、整形速度和烧蚀材料的条件下, 靶丸装量--半径参数空间的点火岛区域。研究了靶丸性能参数随辐射温度、飞行熵增因子等的变化规律: 当靶丸所处黑腔辐射温度升高时, 内爆的稳定性将变好; 设计上在靶丸装量不变的条件下, 靶丸半径需要减小。当靶丸的飞行熵增因子增大时, 内爆增益略微减小, 内爆稳定性变好; 但是点火阈值因子减小导致点火岛的区域变窄。当靶丸的整形速度增大时, 点火岛的区域略微变大, 内爆稳定性变化不显著; 设计上在靶丸装量不变的条件下, 需要增大靶丸半径, 这会导致靶丸壳层形状因子变大。当改变靶丸烧蚀材料, 提高质量烧蚀速率与烧蚀压时, 能量增益变大且稳定性增强; 设计上在靶丸装量不变的条件下, 需要减小靶丸半径。

随着特种超精密加工技术的发展, 复杂流体被越来越多地用于超精密加工工艺中。超精密加工流场分析具有几何特征复杂、流体本构特性多样、流体边界为自有边界等特点, 传统流体数值分析方法难以实现可靠分析。从流体的一般特性出发, 将D. G. Christopherson提出的非负二阶偏微分系统的超松弛迭代方法用于超精密加工流场分析, 建立了适应性与可靠性兼顾的流场分析方法。以磁流变抛光为例, 开展了抛光区域压力场数值计算, 结果表明所得压力分布形态正确, 且分布从x轴正半轴延伸到负半轴, 与郑立功等人的实验测定结果一致。另外, 基于Kistler力传感器对磁流变抛光过程的法向压力在0.1~0.3 mm浸深段进行了在位测量, 发现计算与实验结果偏差均小于20%。表明了该方法的有效性与准确性。

基于液晶材料(LC)的双折射特性提出了一种基于液晶材料的短十字型阵列电控超材料, 超材料包括了上层石英板, 金属结构阵, 中间液晶介质层, 金属地板以及下层石英板。相比于传统的阵列天线设计, 运用了新的相位补偿方法, 即通过加电改变反射阵列单元的介质基板液晶的介电常数得到的相位曲线实现0~250°的相位补偿, 使得超材料实现在U波段的相位变化。仿真结果表明, 通过将偏压从0增加到14 V, 超材料在52 GHz时呈现250°的相移。此外, 此超材料的谐振频率可从53.6 GHz连续可逆地转移到49.9 GHz。通过调节超材料液晶激励区域的介电常数即改变阵列单元的谐振特性, 实现了相位补偿, 为平面反射阵列天线的设计提供了一种新思路。

研究分析了HPM信号的包络相位等特征, 得知其包络不规整而且相位存在抖动, 故采用高斯多峰模型拟合其包络, 多项式模型拟合其相位, 结合包络与相位的拟合模型获得了HPM信号的脉冲调制模型, 最后在Matlab中利用该重构方法对多个HPM信号进行重构, 均获得了较小残差的重构信号, 检验得知该方法能够对HPM短脉冲雷达发射信号实现准确有效的信号重构。

由大量阵元组成的阵列天线其性能受不断出现的失效阵元影响, 可通过进化重配置阵列中剩余正常阵元激励实现性能修复。分析了阵列天线进化重配置过程, 综合分析了自修复过程中评价函数类型, 设计了不同评价函数分析流程, 通过Chebyshev直线阵的自修复仿真实验, 分析了不同评价函数对阵列天线自修复结果的影响, 分析结果表明, 基于性能参数的评价函数和方向图匹配与性能参数相结合评价函数具有较好性能, 该分析结果为具有失效阵元的阵列天线自修复中评价函数选择提供了参考。

对于电子信息装备体系的复杂系统, 以往以还原论为指导的建模方法无法充分体现电子信息装备体系的涌现性等复杂性, 探索采用应对复杂性的对象过程方法论(OPM)来解决此难题。根据传统系统级或体系级建模在方法论上的根本困难, 分析电子信息装备体系复杂性建模需求。基于对象过程方法论研究电子信息装备体系建模方法, 在统一视图框架下同时对电子信息装备体系组成中不同领域、不同专业的结构、功能和行为建模, 通过OPM分别对电子信息装备体系结构和对抗过程进行建模, 再把这两个静动态模型结合起来进行整体概念建模。以防空反导体系对抗为例, 演示了OPM 进行体系概念模型开发的方法, 说明了方法的有效性。

显示屏是人机交互的重要部件, 当人体静电放电发生在显示屏表面时, 有可能导致软硬故障。为了研究显示屏空气式静电放电实验特性, 通过一个自制的装置对显示屏空气式静电放电电流和通过显示屏的位移电流进行了实验测量。研究发现: 放电电流峰值随接近速度的增加而增加, 上升时间随接近速度的增加而减小。在±10~±12 kV电压范围, 受电弧长度的影响, 上升时间增大, 电流峰值变小。随着测量点与放电点之间距离的增大, 位移电流波形峰值减小、上升时间增大, 正极性放电峰值更大且扩散范围更广, 而负极性放电上升时间增大更加明显。由位移电流波形及其分布可以计算出电荷密度。电荷密度随距离放电位置距离的增大而减小。与正极性相比, 尽管负极性放电电流峰值较低, 但电荷密度较高, 说明负极性放电具有造成更高等级损伤风险的危害。

针对传统无线电引信在复杂电磁环境下作用效果较差的问题, 以连续波多普勒引信为例, 通过对引信检波输出信号频域的分析, 提出一种基于熵的特征提取方法, 并利用KFCM算法对信号进行分类识别。由于实际战场环境复杂且不可预测, 其背景噪声强度与实验环境下存在差异, 因此结合KFCM增量更新特性, 使分类模型根据噪声强度变化而实时更新调整, 从而达到更好的分类效果。实验结果证明, 基于增量更新KFCM算法能显著提高不同信噪比下引信目标识别能力, 将KFCM增量更新算法运用到无线电引信抗干扰能取得良好效果。

近年来, 与静电放电(ESD)领域相关联的气体放电理论、材料科学和电测技术等新兴学科的不断研究和发展, 已逐渐由实验科学阶段走向实际应用阶段。同时, 人们也逐渐发现静电放电给人类造成的危害是十分惊人的, 它不仅能够影响人类的正常生活, 更是限制了自动化生产水平的提高。基于传统静电放电的模拟装置设备单一、功能局限, 无法满足静电放电全方位、多用途的实验要求, 为解决这一问题, 设计和实现了包含电极模拟、方位变换、电路传输的完整的实验模拟装置。该装置主要由底座、支撑架、金属球、放电针、绝缘环、方位表盘等6部分组成, 能够满足不同极化方向电磁场条件下的实验要求, 同时还能够实现对不同高度、不同位置条件下的电磁场的基本极化方向进行判断识别。该系统具有一定的实验创新性和先进性, 能够有效地满足各类电磁实验的需要, 为研究电磁诱发静电放电实验提供了有力的硬件支持。

目前, 辐射场均匀性主要采用单点多次测试的方式来实现, 该方式将不可避免地引入因辐照信号自身时变特性带来的测量误差; 此外, 单点多次测试极大地增加了测试时间、测试效率低下。为解决这些问题, 本文设计了一种可实现一次多点测试、测试区域可自动调节的装置, 仿真表明: 该装置可满足500 mm×500 mm~1500 mm×1500 mm区域辐射场9点均匀性测试; 在此基础上, 在1000 mm×1000 mm测试区域, 针对1.35 GHz和2.88 GHz两个频点开展了实验验证, 实验表明: 设计的测试装置可满足辐射场均匀性9点自动测试要求, 大幅提高了测试效率和自动化程度。

为了对磁驱动实验提供高置信度的数值模拟, 需要开展磁流体力学程序的验证与确认。采用人为解比较法、网格收敛性研究和与成熟程序比较等方法, 对二维磁驱动数值模拟程序MDSC2进行了程序验证。数值模拟表明: MDSC2程序正确地表示了磁流体力学模型, 其中热扩散、磁扩散的离散格式具有二阶收敛精度。采用与磁驱动实验相比较的方法, 进行了MDSC2程序的确认。对聚龙一号装置上的PTS-061发次磁驱动单侧飞片发射和PTS-122发次磁驱动双侧飞片发射实验进行了模拟, 模拟的飞片自由面速度与实验测量的飞片自由面速度相一致; 对FP-1装置上的固体套筒实验进行了模拟, 模拟的套筒内外半径与实验测量结果相一致。MDSC2程序能正确模拟磁驱动单侧飞片发射、磁驱动双侧飞片发射和磁驱动固体套筒等磁驱动实验。

为了实现高压等离子体放电的研究, 研制了一套满足负载要求的脉冲电源系统。该电源系统采用脉冲电容型电源拓扑方案并结合理论计算, 为实际电源研制提供关键的指导方案。为了更好地进行器件参数选型, 采用PSpice软件搭建仿真模型, 通过响应波形分析得到满足系统要求的器件参数。此外, 为该电源系统研制一套满足等离子体放电要求的控制系统。该控制系统采用通信方式为串口通信、Labview搭建上位机界面以及FPGA完成下位机的逻辑系统配置, 系统简单高效。

根据激光驱动质子束流低发射度、短脉冲、单束团低电量的性质, 研究腔式束流位置探测器(BPM)测量激光加速器产生的质子束团横向位置的可行性问题。针对质子束团的大横向分布和发散角问题, 推导了其通过腔式BPM的输出信号, 结果表明该信号与集中从束团对称中心、倾斜一定角度通过的束流产生的输出信号相同。依据上述原理, 使用CST软件进行了腔式BPM的设计和仿真, 确定了矩形谐振腔波导耦合的方案。讨论了该方案的腔式BPM对于激光加速束流的适用性和不同激光驱动质子束流参数的分辨率, 并针对PW级激光加速系统进行了分辨率估算。

研究设计双锥厚针孔结构体, 利用小孔成像测量高能强流直线感应加速器光源的焦斑。建立数值计算模型, 根据实际光源特性和实验布局条件, 模拟光子穿过厚针孔结构的辐射成像过程, 分析光源尺寸、分布和偏轴等对焦斑测量的影响。理论计算结果显示对光源物面的空间分辨率可达5 lp/mm。

用于中科院近代物理研究所的ADS项目中的射频四极加速器(RFQ) 的新RF系统在2017年初升级, 原来的电子四极放大器被两个新的固态功放(SSA) 所替换, 它们是两台相同的额定功率为80 kW的功率源, 通过两个相同的耦合器在腔内合成至少100 kW 的功率。但是对于SSA 来说, 为了功率组合, 太多的功率模块的振幅和相位进行了调整和优化, 一个或几个损坏的环形器 (包括吸收负载) 可能导致整个射频系统的失效。特别是, 根据实验和仿真, 发生失配问题后, 如果两级合成器之间的传输线电长度满足某一特定条件时, 系统的散射参数会有很大的波动, 甚至切断。详细介绍了北京北广科技股份有限公司用于模拟多级合成放大的模拟方法、放大链路的故障分析及相关实验情况。

介绍了针对中国散裂中子源(CSNS)的直线到环输运线(LRBT)所设计的条带式束流位置测量(BPM)系统, 探头方案以条带式电极为基础进行物理设计及参数优化, 并通过机械标定减少机械加工误差, 电子学选用商用数据处理方案。此系统在加速器实际运行中有效提供位置信息, 对在线测量数据采用奇异值分解(SVD)进行分析, 根据分析结果, 对束流轨道测量的精度达到预期设计目的, 满足物理调束需求。

使用原子层淀积方法得到了7.8 nm厚度的HfO2薄膜并通过直接溅射金属铝电极得到了Al/HfO2/Si MOS电容结构, 测量得到了HfO2基MOS结构在60Co γ射线辐照前后的电容-电压特性, 使用原子力显微镜得到了HfO2薄膜在辐照前后的表面微观形貌, 使用X射线光电子能谱方法测量得到了HfO2薄膜在辐照前后的化学结构变化。研究发现, 使用原子层淀积方法制备的HfO2薄膜表面质量较高; γ射线辐照在HfO2栅介质中产生了数量级为1012 cm-2的负的氧化层陷阱电荷; HfO2薄膜符合化学计量比, 介质内部主要的缺陷为氧空位且随着辐照剂量的增加而增加, 说明辐照在介质中引入了陷阱从而导致MOS结构性能的退化。