射频爆磁压缩发生器辐射性能研究

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.3-2006 射频电磁场辐射.

中华人民共和国建设部发布20××-××-××实施20××-××-××发布温度法热计量分配装置(征求意见稿)CJ /T×××—××××CJ中华人民共和国城镇建设行业标准目录前言................................................................................ I I 1范围. (1)2.规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (2)4技术特性 (2)5、要求 (3)6试验方法 (6)7检验规则 (10)8标志、包装、运输及贮存 (12)前言本标准为首次制定的标准。

本标准由建设部标准定额所提出。

本标准由建设部城镇建设标准技术归口单位全国暖通空调及净化设备标准化技术委员会归口。

本标准负责起草单位：哈尔滨工业大学、本标准参加起草单位：中国建筑科学研究院、中国建筑设计研究院、贵州省建筑设计研究院、哈尔滨市计量院、石家庄市自动化研究所、北京晟龙世纪科技发展有限责任公司、北京金房暖通公司、北京天箭星节能科技有限公司、深圳市丰利源科技有限公司本标准主要起草人：温度法热计量分配装置1范围本标准规定了温度法热计量分配装置的技术特性，试验方法，检测规则，标志，包装、运输、贮存。

本标准适用于采用室内温度和面积分配总供热量的热量分配装置,其他以室内温度为核心进行总供热量分配的装置也可以参照本标准。

2.规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

爆磁压缩驱动的红外脉冲强光辐射源研究

外脉冲强光辐射源装置
采用爆磁压缩驱动红外脉冲强光辐射中的关键技术是：磁压缩装置与脉冲氙灯的负载匹配和时间匹配，爆氙
灯需要的输入能量时间是几百毫秒至微秒量级，爆磁压缩的运行时间是几十微秒量级，此爆磁压缩需要给一而为个中间环节一电感储能网络充电，电感储能网络再对氙灯放电，样氙灯的闪光时间取决于整个电路（Ｒ）这Ｉ、的阻尼常数，当地选择该阻尼常数，有效延长泵浦氙灯的输入能量时间。我们将Ｐｐｃ模型应用于含爆磁压缩适可Ｓｉｅ
本文的目的是设计一种爆炸激励红外脉冲强光辐射的技术途径。即用爆磁压缩装置产生的电压、流激励电聚光腔中的氙灯，用氙灯泵浦谐振腔中的钕玻璃工作物质产生相干的红外脉冲光放大，现定向红外脉冲强光再实辐射。为了获得更强的红外脉冲光辐射，求作为光泵浦源的脉冲氙灯输入能量能够达到上万焦耳以上，有比要并较高的辐射效率，而辐射出更多的能量以泵浦大尺寸的钕玻璃工作物质，用爆磁压缩来驱动能很好地满足这从采
ｌ引言

射频爆磁压缩发生器磁通损失问题分析

ｃｕｅｏｕｌｓａｓｓｆｆｘｏｓ．ＴｈｅａｅｗｅｅｎａｙｅａｄｈｍａｈｍａｉａｍｏｄｌｄｏｌｃｕｓｓｒａｌｚｄｎｔｅｔｅｔｃｌｅｏｆＲａｉＦｒｑｕｎｉｓｅｅｃｅＥｘｏｓｖｅｐｌｉＭａｎｅｉＦｌｘｇｔｃｕＣｏｍｐｅｓｏｎＧｅｒｔｒｆｕｆｅｔｄｂｙｔｓａｔｓｗａｖｎ．ｅｗａｏｒｄｃｕｘｌｓａｄｉｐｏｖｈｎｒｙｔａｓｏｒｉｇｒｓｉｎｅａｏｘａｆｃｅｈｏｅｆｃｏｒｓｇｉｅＴｈｙｔｅｕｅｆｏｓｎｍｒｅｔｅｅｅｇｒｎｆｍｎｌｌｅｃｅｃａｔｆｗａｄ．ｉｆｉｎｙｗｓｐｕｏｒｒＫｅｗｏｒｙｄｓ：ＲＦＭＦＣＧ；ｆｕｘｌｓ；ｓｎｄｅｔｌｏｓｋｉｐｈ；ｔｒｕｎ—ｓｐｎｇ：ｅｅｔｉｒａｄｏｉｋｐｉｌｃｒｃｂｅｋｗｎ
第８卷
第３期
装备环境工程
ＥＵＰＥＴＥＶＲＮＮＡＥＧＮＥＩＧＱＩＭＮＮＩＯＭＥＴＬＮＩＥＲＮ・１・５
２１年Ｏ月０１６
射频爆磁压缩发生器磁通损失问题分析
韩颖超，李红梅，邱景辉
（哈尔滨工业大学微波与天线技术研究所，哈尔滨１００）０５１
收稿日期：００一１２１ —１Ｏ１基金项目：家自然科学基金（１７３）国６１５００

爆炸磁压缩发生器及其脉冲功率调制研究

爆炸磁压缩发生器及其脉冲功率调制研究爆炸磁通量压缩发生器(FCG)是一种紧凑的脉冲功率源。

近年来，利用FCG 产生高功率微波(HPM)的研究受到了重视。

本文通过理论总结、数值模拟和实验等手段较深入地考察了螺旋型FCG装置和脉冲功率调制系统的设计与优化等问题。

首先从FCG的基本原理和结构出发，通过等效电路模型，得到了FCG 工作过程中各种参数对其电流和能量放大影响的一般规律。

然后总结了各种Ohmic磁通损失和非Ohmic磁通损失机制，指出了它们各自的严重性和可能的解决办法。

数值计算电感时考虑了螺旋型FCG的三维效应，以及电枢表面镜像电流的分布，并通过求解圆柱型导线的一维磁场扩散问题比较精确地得到了FCG定子的电阻，在此基础上计算了FCG装置的电感、电阻、输出电流、电压和温度等随时间的变化。

使用显式动力有限元程序对电枢的膨胀过程进行了数值模拟。

对电枢使用了Johnson-Cook硬化准则的强度模型和Grǖneisen状态方程，考虑了应变率硬化和温度热软化的影响，并使用了任意Lagrangian-Eulerian算法(ALE)。

根据混合炸药理论得到了不同密度下8701炸药的爆轰参数状态方程参数。

模拟结果得到了电枢膨胀过程的直观图象，以及塑性功导致的电枢温度升高。

据此提出了一种可以提高电感变化率的渐变半径电枢的设计。

为解释电枢表面不稳定性的形成，结合Gurson-Tvergaard-Needleman屈服模型和Johnson-Cook 强度模型，通过用户材料子程序，实现了微孔洞增长的粘塑性本构关系。

在给定微孔洞的初始扰动时，计算结果解释了铝电枢表面将要形成的不稳定性，它导致了电枢外表面出现周期性的轴向裂纹，阻碍了镜像电流，使FCG损耗增加。

为用FCG驱动象HPM源这样较高阻抗的负载，必须使用脉冲功率调制电路把FCG产生的低电压、大电流、上升时间长的电压脉冲转化为高电压、上升时间短的脉冲。

由于FCG的输出与负载密切相关，调制电路模型需要与FCG和负载结合起来考虑。

射频爆磁压缩发生器能量转换效率的提高方法

ＨＮｉｇｃａ，Ｉｎ－ｉＱＵＪｎ－ｕ，ＨＡＡＹｎ－ｈｏＬＨｏｇｍｅ，ｉｈｉＺＮＧＺｉｆｎ，Ａｇｈ－ｅｇＣＯＸｉ— ｕｎｙ
（ｃｏｖｎｔｎａＲｅｅｒｈＣｅｔｒＨａｂｎＩｓｉｔｆＴｃｎｌｇＨａｂｎ１００，ｉａＭｉｒｗａｅａｄＡｎｅｎｓａｃｎｅ，ｒｉｔｕｅｏｅｈｏｏｙ，ｒｉ５０１Ｃｈｎ）ｎｔ
工程
ＥＵＰＮＥＶＲＮＮＡＥＧＮＥＩＧＱＩＭＥＴＮＩＯＭＥＴＬＮＩＥＲＮ・４・９
２１年０月０２４
射频爆磁压缩发生器能量转换效率的提高方法
韩颖超，李红梅，邱景辉，张智峰，曹鑫宇
ＭＦＣＧ．Ｉｓｃｎｃｕｄｄｔａｔｔｒｃｉｓｗｉｄｅｎｅｐｏｎｉｌｐｉｃｃｎｅｆｃｉｅｙｒｄｕｃｈｉｓｉａｉｔｗａｏｌｅｔｓａｏｏｌｎｄｉｘｎｅｔａｔｈａｆｅｔｖｌｅｈｅｏｍｃｄｉｓｐｔｏｎ；ｄｔｎａｉｎａｅｅｏｔｏｔｔｈ
ｔｅｅｅｇｏｖｒｉｎｅｃｅｃｆＲＦＭＦｈｎｒｙｃｎｅｓｆｉｎｙｏＣＧｒｕｏｉｗｅｅｓｍｍａｉｅｃｏｄｎｏｔｅｅｅｔｏｇｅｉｐｌｅｇｎｒｔｇｐｉｃｐｅｏｒｚｄａｃｒｉｇｔｌｃｒｍａｎｔｕｓｅｅａｉｒｎｉｌｆＲＦｈｃｎ
ｔｆｍａｉｌｕｒｎａｅｅｇｅｔｓｏｒｓｉｎｍａｎｔｌｘｄｔｎｔｎｉｘｓｍｏｅｃｎｒｄｃｒｉｇｔｆｔｅｉｏｘｍａｒｅｔｃｎｇｔｒａｅｔｍｐｅｓｏｇｅｉｆ；ｅｏａｉｎａｉｄａｅｕｅｗｏｋｎｉｍｅｃｈｔｃｃｕｏｍｅｏｈ

压缩机机体声辐射的模态特性研究

ＬＵＣｅｇｗ。ＩＮＬｎｆｇＩｈｎ—ｕＱＡｉ— ｎａ
（ａｊｇＵｉｅｉｆｃｎｅＴｃｎｌｙａｊｇ１０４ＣｉａＮｎｉｎｖｒｔｏｉｃ＆ｅｈｏｇ，Ｎｎｉ０９，ｈ）ｎｓｙＳｅｏｎ２ｎ
ＡｂｔａｔＵｓｎｉｉｌｍｅｔｎｏｎａｙＥｅｎｔｏｓｒｃ：ｉｇＦｎｔＥｅｎｄＢｕｄｒｌｍｅｔＭｅｈｄ，ａｍｏａｎｌｓｓｍｏｅｆｏｌｘｓｒｃｕａａｏｓｉａｉｔｎｅａｄｌａｙｉａｄｌｍｐｅｔｕｔｒｌｃｕｔｒｄａｉｏｃｃｏ
１前言
所设计的产品具有良好的动态特性，以提高产品在市场中的竞争力。为此，本文以迷宫式压缩机机体为具体研究对象，采用有限元方法和边界元方法建立了轻流体介质中机体振动声辐射的模态分析模型，可计算机体的声辐射模态频率、模态场点声压、模态声辐射功率和声辐射效率等声场特性参数。２结构声辐射的模态分析理论
（南京理工大学，江苏南京摘２０９）１０４
要：采用有限元和边界元方法建立了轻流体介质中复杂结构振动声辐射的模态分析模型，可计算结构的声辐射模
态频率、模态场点声压、模态辐射声功率和声辐射效率等声场特性参数。对Ｋ２６Ｍ压缩机机体进行了模态分析和声５０Ｎ
通过控制振动以控制压缩机辐射噪声是机械工程
师长期追求的目标。由于结构振动和辐射噪声之
线性无阻尼系统的特征值问题为：
间的关系极其复杂，在确定的结构振动条件下，精确计算结构的辐射噪声水平是降低结构辐射噪声和进行结构优化设计的基础和必要的措施。

利用爆磁压缩发生器产生高功率脉冲高电压.

第16卷第7期2004年7月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSVol.16,No.7Jul.,2004文章编号:100124322(2004)0720905204利用爆磁压缩发生器产生高功率脉冲高电压孙奇志,龚兴根,谢卫平,郝世荣,刘正芬,戴文峰,池原,付嵩,刘伟,王敏华,张南川,韩文辉(中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900)Ξ摘要:爆磁压缩发生器产生脉冲高电压技术可以用于产生高功率微波及强电磁脉冲的实验研究。

给出了利用螺旋型爆磁压缩发生器(HEMG)驱动电爆炸丝功率调节系统产生高功率脉冲高电压的实验方法和主要的结果。

在利用HEMG驱动电爆炸丝断路开关(EEOS)产生脉冲高电压实验中,获得了最高电压700～800kV,功率大于20GW的脉冲输出。

关键词:爆磁压缩发生器;电爆炸断路开关;脉冲功率技术;爆炸脉冲能源中图分类号:TN245文献标识码: A利用螺旋型爆磁压缩装置(helicalexplosive2magnetic2generator,简称HEMG)产生脉冲高电压是爆磁压缩技术应用的一大方向。

国外开展这方面研究的主要有俄实验物理研究院(VNIIEF)、化学物理所、高温所及一些大学里的研究机构;美空军武器实验室(Phillips实验室)、德克萨斯技术大学及洛斯・阿拉莫斯实验室(LANL)等。

国内主要是中物院流体物理研究所、长沙国防科技大学等。

HEMG本身可以产生约100kV的负载电压,若要提高其自身输出电压就会受到装置内部耐高电压能力的极大限制。

如何利用HEMG产生几百kV甚至MV高电压脉冲一直受到人们的关注。

20世纪80年代初期,利用传统变压器升压方法可以获得500～800kV 的高电压[1],但系统输出电压受变压器耐压能力极大限制。

国内外多年研究经验表明,要获得几MV甚至10MV以上高电压主要还是要依靠电爆炸丝断路开关(EEOS)[2]。

爆磁压缩发生器试验技术

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实验
技术与管
理
Ｉ１ｌ９
３２００２
ｌｌ
爆磁压缩发生器试验技术
陈冬群，曹胜光．刘永责，张建德，钟辉煌
（国防科技大学，沙长
摘
４０７）１０３
要：文以螺线管型爆磁压缩发生器为例简述ｒ爆磁压缩发生器的基本原理细地介本详
７电容器组
８放电开关
９橇断开关
ｌ．绝缘支撑０
１．磁力线１
化学能转化为电枢的机械能，胀的电枢压缩磁场做功，场能量增加，械能转化为电膨磁机磁能。
螺线管型爆磁压缩发生器的等效电路图如图２所示。
收稿日期：０一０１２０Ｉ１－６
作者简介：冬群（９０）男，陈１７一．讲师．验室
术
与
管
理
图１螺线管爆磁缩发生器的结构和运行示意图螺线管２金属电枢３负载线圈４主炸药５平面渡发生器６雷管
发生器的结构和运行示意图如图１所示。
当放电开关闭合时，电容器组对螺线管、负载和电枢形成的回路放电，电流在螺线管、负载和电枢所形成的空间中产生磁场，如图中１所示，时控制器在电流快要达到最形１延大值时引爆雷管，而平面波发生器引爆主炸药。在炸药推动下电枢膨胀，断开关闭继橇合，螺线管、负载、电枢和橇断开关形成的回路俘获磁通，置中主炸药爆轰阵面沿图中箭装头所指方向推进，胀的电枢压缩磁场，膨由磁通量守恒，回路中的电流增大，置运行完装后，载可得到十几到上百倍的电流。整个过程是炸药爆炸，动金属电枢运动，药的负推炸

电容负载螺旋型爆磁压缩发生器辐射特性分析

ＭｇｅｉＦｕｏｐｅｓｎＧｎｒｔ，ＦＭＣ，ａｎｔｌｘＣｍｒｓｉｅｅｏＲＦＧ）是ｃｏａｒ
一
作用扩张并与定子线圈短路连接，随着爆炸向前推
进，磁场存在的区域不断被压缩，于磁场冻结效由
线，析装置运行后的辐射特性，出了辐射电阻分给
表达式。提出了对ＲＣＦＭＦＧ加载鞭天线的方法以
提高装置的辐射效率。研究结果表明该方法可以
有效提高ＲＣＦＭＦＧ的辐射特性。
１ＲＣ辐射特性分析ＦＭＦＧ
第１卷１
第２４期
２１０１年８月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．Ｎｏ２Ａｕ．２１１１１．４ｇ０１
１７１１１２１）４— ８３０６ — ８５（０１２５１ — ４
ＳｉｎｅＴｃｎｌｇｎｎｉｅｒｇｃｅｃｅｈｏｏｙａｄＥｇｎｅｉｎ
射特性是衡量其性能的最主要参数之一。根据电小环天线等效原理，装置定子线圈等效为电小环天线进行仿真研究，析将分装置的辐射性能。给出了辐射电阻表达式。提出对装置加载辐射天线以提高其辐射效率。仿真分析表明加载鞭天线后可以
ＲＣＦＭＦＧ在提供初始磁通的电容放电最大时

基于磁通压缩技术的爆炸磁频率发生器的参数选择

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第１８卷第８期２００６年８月
强激光与粒子束
ＨＩＧＨＰＯＷＥＬＡＳＲＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ
Ｖ０．８，．１１ＮＯ８
Ａｕｇ．，０２０６
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强
激光与粒子束
第ｌ卷８
ＲＨ
一。
｛＋ＯＬ — Ｒ＋ｄｏ
ｌ＋ＬＲｕ＝Ｌ（＋）＋＝ｕ＝ｏ
以上各导数均指对时间ｔ导。在ｔ求一０的初始条件Ｆ，பைடு நூலகம்＝ｏ（）ＩＩＯ，ｏ， — （）Ｕ一０。
＊收稿日期：０６０ —９２０ —４１；修订日期：０６０—０２０ —７１基金项目：国家８３计划项目资助课题６作者简介：红梅（９２）女，师，士研究生，事电磁脉冲技术研究；ｉｏｇｉｈｔｅｕｃ。李１７一，讲博从ｌｎｍｅ＠ｉｄ．ｎｈ．
ＭＨｚ的电流振荡信号Ｌ。对Ｅ）ｇ］ＭＧＦ的研究大多数是从某一角度对其基本原理进行分析。本文从电路方程出发对ＥＭＧＦ的电流信号进行研究，探讨有关电路参数的设计要求，为其参数设计提供理论参考。
圈电感Ｌ，耗电阻Ｒ和电容Ｃ，这３个参量中，损在只有电容Ｃ在爆炸的过程中是不变的。ＥＦ的基本参ＭＧ量包括电流Ｊ磁通量ｃ＝ＬＩ电压己一（／）ｄ，，Ｉ）和，１ｃ』Ｉｔ它们之间的关系用方程描述为

基于爆磁压缩发生器的紧凑脉冲功率源

第31卷第2期强激光与粒子束V o l.31,N o.2 2019年2月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S F e b.,2019C o m p a c t p u l s e d p o w e r s o u r c e b a s e do ne x p l o s i v e l y d r i v e nm a g n e t i cf l u x c o m p r e s s i o ng e n e r a t o r*W a n g Y u w e i, C h e nD o n g q u n,Z h a n g Z i c h e n g, C a oS h e n g g u a n g, L i D a(C o l l e g e o f A d v a n c e dI n t e r d i s c i p l i n a r y S t u d i e s,N a t i o n a l U n i v e r s i t y o f D e f e n s eT e c h n o l o g y,C h a n g s h a410073,C h i n a)A b s t r a c t: T h i s p a p e r i n t r o d u c e s a s i n g l e-s h o t c o m p a c t p u l s e d p o w e r s o u r c e(P P S)b a s e d o n a n e x p l o s i v e l yd r i ve nf l u xc o m p r e s s i o ng e n e r a t o r(F C G)f o rs o m eo f f-g r i da p p l i c a t i o n s.Th eP P S w a sd e si g n e dt or a p i d l yc h a r g e a c a p a c i t i v e l o a do f65p Ft oh u nd re d so fk i l ov o l t s.C o n s i d e r i n g t h e i m p e d a n c em i s m a t c hb e t w e e nt h eF C Ga n d t h e l o a d,a p o w e r c o n d i t i o n i n g m o d u l em a i n l y c o n s i s t i n g o f a n i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r,a n e l e c t r o-e x p l o-s i v e o p e n i n g s w i t c h(E E O S)a n da na i r-c o r e dt r a n s f o r m e rw a se m p l o y e d.T h i s p a p e r p r e s e n t s t h ed e s i g na n de x p e r i m e n t a l r e s u l t s i nd e t a i l.B e s i d e s,i t a n a l y z e s t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s a n dd i s c u s s e s t h e p o s s i b l e i m p r o v e-m e n t s i n f u t u r e.I t i s i n d i c a t e d t h a t t h e c a p a c i t i v e l o a dw a s s u c c e s s f u l l y c h a r g e d t o-352k Vw i t h a r i s i n g t i m e o fa b o u t10n s.K e y w o r d s:p u l s e d p o w e r s o u r c e;e x p l o s i v e l y d r i v e n f l u x c o m p r e s s i o n g e n e r a t o r;p o w e r c o n d i t i o n i n g;f a s tc h a r g i n gP A C S:07.50.-e;84.70.+pC L Cn u m b e r: TM89D o c u m e n t c o d e: A d o i:10.11884/H P L P B201931.180242I n m a n y a p p l i c a t i o n s,t h e l o a do fa p u l s e d p o w e rs y s t e m c a nb ee q u i v a l e n t t oac a p a c i t o r,s u c ha sa p u l s e-f o r m i n g l i n e,a t r a n s m i s s i o n l i n e s w i t c h e do s c i l l a t o r,a r e s o n a n t a n t e n n aa n ds oo n.A c c o r d i n g t o t h e b r e a k d o w n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e i n s u l a t i n g m e d i u mu s e d i n s u c h a l o a d,i t s v o l t a g e c a p a b i l i t y u s u a l l y i n c r e a-s e sw i t h t h e r e d u c t i o no f i t s c h a r g i n g t i m e[1-2].G e n e r a l l y,i t i s e f f e c t i v e t o i m p r o v e t h ev o l t a g e c a p a b i l i t y o f t h e l o a db y c h a r g i n g i t i na r e l a t i v e l y s h o r t t i m e.I na d d i t i o n,t h e s y s t e m m a y b e r e q u i r e d t oo p e r a t e a t r e-m o t e s i t e sw h e r e t h e p o w e r g r i d i s u n a v a i l a b l e.I n r e s p o n s e t o s u c h a p p l i c a t i o n s,a s e l f-c o n t a i n e d p u l s e d p o w-e r s o u r c e(P P S)h a s b e e nd e v e l o p e d.T ob e c o m p a c t,l i g h t-w e i g h t e d,p o r t a b l e a n d a u t o n o m o u s,t h e s y s t e m w a s b a s e do na ne x p l o s i v e l y d r i v e nm a g n e t i c f l u x c o m p r e s s i o n g e n e r a t o r(F C G)[3-4].T h i s p a p e r p r e s e n t s a n d d i s c u s s e s t h e d e t a i l e d d e s i g n a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f a p r o t o t y p eP P S.I t a l-s o p r o p o s e s p o s s i b l e i m p r o v e m e n t s o f t h e o v e r a l l s y s t e m.1O p e r a t i o n a l o v e r v i e wo f t h e s y s t e mI no u r a p p l i c a t i o n,t h e l o a d o f t h e s y s t e mi s a t r a n s m i s s i o n l i n e s w i t c h e d o s c i l l a t o rw i t h a n e q u i v a l e n t c a-p a c i t a n c e o f a b o u t65p F,w h i c hn e e d s t o b e c h a r g e d t o h u n d r e d s o f k i l o v o l t s i n a b o u t t e nn a n o s e c o n d s[5].A s i t i s k n o w n,t h e r u n-t i m eo f a nF C Gi su s u a l l y f r o ms e v e r a lm i c r o s e c o n d s t o t e n so fm i c r o s e c o n d s.A t t h e f r e q u e n c y c o r r e s p o n d i n g t o s u c ha t i m e s c a l e,t h e e q u i v a l e n t i m p e d a n c e o f t h e c a p a c i t i v e l o a d i sm u c hh i g h e r t h a n t h a t o f t h eF C G.T h a t i s t o s a y,t h e c a p a c i t i v e l o a d c a n n o t b e d i r e c t l y c h a r g e db y t h eF C Ga n d a p o w e r c o n d i t i o n i n g m o d u l e i s n e c e s s a r y.A d d i t i o n a l l y,t o c h a r g e t h e l o a d i n s u c ha s h o r t t i m e,a n i n t e r m e d i a t e c a-p a c i t o r h a s b e e ne m p l o y e d i n t h e p o w e r c o n d i t i o n i n g m o d u l e.T h i s i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r i s c h a r g e db y t h e F C Ga t f i r s t.T h e n i t d i s c h a r g e s t h r o u g ha t r a n s f e r s w i t c h t o r a p i d l y c h a r g e t h e l o a d.*R e c e i v e dd a t e:2018-09-25;R e v i s e dd a t e:2019-01-02B i o g r a p h y:W a n g Y u w e i(1983 ),m a l e,P h D,e n g a g e d i n p u l s e d p o w e r a n dh i g h p o w e rm i c r o w a v e t e c h n o l o g i e s;y w e i_w a n g@163.c o m.025002-1025002-2I nR e f .[6],R e i n o v s k y e t a l p r o p o s e d a p o w e r c o n d i t i o n i n g s y s t e m p o w e r e db y a nF C Gt o g e n e r a t e h i gh v o l t a g e p u l s e o na l o a dw i t h r e l a t i v e l y h i g h i m p e d a n c e .T h e n a n a u g m e n t e d v e r s i o no f t h a t c i r c u i tw a s i n v e s -t i g a t e db y O C o n n o rK.A.e t a l t o d e v e l o p a c o m p a c t R F s y s t e md r i v e n b y as m a l l F C G [7].I tw a s p r o v e d t o b e a ne f f e c t i v e a n dd i r e c t p o w e r c o n d i t i o n i n g m e t h o d f o rF C G s .C o n s i d e r i n g t h em o t i v a t i o na n do b je c t i v e i n t h i s s t u d y ,t h e p o w e r c o n d i t i o n i n g m e t h o dd e s c r i b e d i nR ef s .[6]a n d [7]w a s a d o pt e d .F i g .1 S c h e m a t i c c i r c u i t d i a g r a mo f t h e s ys t e m G e n e r a l l y ,i na d d i t i o nt ot h e l o a d ,t h eP P S m a i n l y c o n s i s t so f a n i n i t i a l e n e r g y mo d u l e ,a nF C Ga n da p o w e r c o n d i t i o n i n g m o d u l e .F i g .1s h o w s t h e s c h e m a t i c c i r c u i t d i a g r a mo f t h e s y s t e m w i t h t h em a i nm o d u l e s h i g h l i g h t e d .T h e r e p r e s e n t a t i o n s o f t h e s y m b o l s i nF i g.1a r e s u mm a r i z e d i nT a b l e 1.T a b l e 1 R e p r e s e n t a t i o n s o f t h e s y m b o l s i nF i g.1s ym b o l r e p r e s e n t a t i o n s ym b o l r e pr e s e n t a t i o n U D C D C p o w e r s o u r c eS 1c r o w b a r s w i t c ho f t h e p o w e r c o nd i t i o n i n g mo d u l e C 0c a p a c i t a n c e o f t h e i n i t i a l e n e r g y s t o r a g e c a p a c i t o r b a n k R fr e s i s t a n c e o f t h eE E O SL c 0c o n n e c t i n g i n d u c t a n c eb e t w e e n C 0a n dF C G L pi n d u c t a n c e o f p r i m a r y o f t h e t r a n s f o r m e r R c 0c o n n e c t i n g r e s i s t a n c eb e t w e e n C 0an dF C G R p r e s i s t a n c e o f p r i m a r y of t h e t r a n s f o r m e r S 0d i s c h a r g i n g s w i t c ho f C 0L s i n d u c t a n c e o f s e c o n d a r y o f t h e t r a n s f o r m e r S g1c r o w b a r s w i t c ho f t h e 1s ts t a ge o fF C G R sr e s i s t a n c e o f s e c o n d a r y o f t h e t r a n s f o r m e r L g 1i n d u c t a n c e o f t h e 1s t s t a g e o fF C G C m c a p a c i t a n c e o f i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r R g 1r e s i s t a n c e o f t h e 1s t s t a ge o fF C G S 2t r a n s f e r s w i t c ho f C mL g 2i n d u c t a n c e o f t h e 2n d s t a g e o fF C G L c 2c o n n e c t i n g i n d u c t a n c eb e t w e e n C m a n d t h e l o a d R g 2r e s i s t a n c e o f t h e 2n d s t a g e o fF C G C L c a pa c i t a n c e o f t h e l o a d S g2c r o w b a r s w i t c ho f t h e 2n d s t a ge o fF C G Ic h a r g i n g cu r r e n t o f t h e l o a d L c 1c o n n e c t i n g i nd u c t a n ce b e t w e e n F C G a n dt h e p o w e r c o n d i t i o n i n g mo d u l e B e s i d e s o f t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r ,t h e p o w e r c o n d i t i o n i n g m o d u l em a i n l y c o n s i s t s o f a n e l e c t r o -e x p l o -s i v e o p e n i n g s w i t c h (E E O S ),a n a i r -c o r e d t r a n s f o r m e r ,a c r o w b a r s w i t c h a n d a t r a n s f e r s w i t c h .C o r r e s p o n d -i n g t o t h e p e r f o r m a n c eo f t h eE E O S ,a s m a l l t w o -s t a g eh e l i c a l F C Gh a sb e e nd e v e l o p e d t oo u t p u t a c u r r e n t p u l s ew i t ha r e l a t i v e l y s h o r t r i s e t i m e .M e a n w h i l e ,t h e i n i t i a l s e e d c u r r e n t o f t h e F C G i s s u p p l i e d b y a n i n i t i a l p o w e rm o d u l eb a s e do na c a pa c i t o rb a n ka n d aD C p o w e r s o u rc e .T h e o r e t i c a l l y ,t h e s y s t e mo p e r a t i o n c a nb eb r i e f l yde s c r i b e d i nf i v e s t a ge s a sf o l l o w s :(1)T h e f i r s t s t ag eb e g i n sw i th t h e c l o si n g o f t h e s w i t c hS 0.I n i t i a l s e e d c u r r e n t s u p p l i e db y t h e c h a r g e d c a p a c i t o r b a n k C 0is f e d i n t o t h e 1s ts t a g e o f t h eF C G.(2)W h e n t h e s e e d c u r r e n t r e a c h e s o r a p p r o a c h e s i t s p e a kv a l u e ,t h eF C Gi s i n i t i a t e d .W i t h t h e e x p a n -s i o no f t h e a r m a t u r e d r i v e nb y t h e d e t o n a t i o no f t h e e x p l o s i v e ,t h e c r o w b a r s w i t c hS g 1i s c l o s e d a n d t h e s y s -t e m o p e r a t i o n s t e p s i n t o t h e s e c o n d s t a g e .T h e i n i t i a lm a g n e t i c f l u x i s c a p t u r e d a n d t h e e n e r g y i s a m p l i f i e d b yt h e 1s ts t a ge of t h eF C G.(3)T h e t h i r d s t ag eb e g i n sw i th t h e c l o si n g o f t h e c r o w b a r s w i t c hS g2,t h em a g n e t i c f l u x i s c o u p l e d a n d t h e e n e r g y i s a m p l i f i e db y t h e 2n ds t a g e o f t h eF C G.Ac u r r e n t p u l s e i s g e n e r a t e d a n d t h e o u t p u t e n e r g y i s i n -d u c t i ve l y s t o r e d i n t h e p r i m a r y of t h e t r a n s f o r m e r .强激光与粒子束025002-3(4)W i t h t h e i n c r e a s e o f t h e o u t p u t c u r r e n t ,t h e f u s e o f t h eE E O S i s r e s i s t i v e l y h e a t e d .T h e f o u r t h s t a ge b e g i n sw i t h t h e v a p o r i z a t i o n of t h e f u s e .T h e c u r r e n t i n t h e p r i m a r y o f t h e t r a n s f o r m e r d e c r e a s e s r a p i d l y wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e r e s i s t a n c e o f t h e f u s e c a u s e db y t h e v a p o r i z a t i o n .Ah i g hv o l t a ge p u l s e i s g e n e r a t e d o n t h e p r i m a r y of t h e t r a n s f o r m e r a n db o o s t e db y t h e s e c o n d a r y t o c h a rg e th ei n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r .T h e e n e r g yi s t r a n s f e r r e d t o t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r C m .M e a n w h i l e ,t h e c r o w b a r s w i t c hS 1c l o s e s i n t h e o p e n i n g p r o c e s s o f t h eE E O S t o r e l e a s e t h ee n e r g y i nt h e r e s i d u a l i n d u c t a n c eo f t h eF C Ga n d t h e c o n n e c t i n g i n d u c t a n c eb e -t w e e n t h eF C Ga n d t h eE E O S ,a v o i d i n g r e -s t r o k e o f t h eE E O S [7].(5)T h e f i f t h s t a g e b e g i n s c o r r e s p o n d i n g t o t h e c l o s i n g o f t h e t r a n s f e r s w i t c hS 2w h e n t h e c h a r g i n g v o l t -a g e o f t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r C m r e a c h e s o r a p p r o a c h e s i t s p e a kv a l u e .T h e c a p a c i t i v e l o a d C L i s c h a r g e db y t h e i n t e r m e d i a t ec a p a c i t o r C m t h r o u g h t h e s w i t c hS 2a nd t he i n d u c t o r L c 2.2 S y s t e md e s i gn 2.1 P o w e r c o n d i t i o n i n g mo d u l e T o r e d u c e t h ev o l u m eo f t h es y s t e m ,t h ec o m p o n e n t so f t h e p o w e r c o n d i t i o n i n g m o d u l e i n c l u d i n g th e E E O S ,t h e t r a n s f o r m e r ,t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r ,t h ec r o w b a r s w i t c ha n dt h e t r a n s f e r s w i t c hw e r e i n t e -g r a t e d t o g e t h e r .F i g .2(a )s h o w s a s e c t i o n a l v i e wo f t h e i n t e g r a t i o n ,w h i l e F i g .2(b )s h o w s a p h o t o g r a ph .I t i s i n d i c a t e d t h a t t h e l e n g t ho f t h e i n t e gr a t i o n i s a b o u t 410mm w h i l e t h e d i a m e t e r i s a b o u t 175mm.F i g .2 C o m p a c t p o w e r c o n d i t i o n i n g mo d u l e A s s h o w n ,t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r i s f o r m e db y t w o c o a x i a l c o n d u c t o r s f i l l e dw i t he t h y l e n e g l yc o l a s i n s u l a t i n g a nde n e r g y s t o r a g em e d i u m.T h i s s t r u c t u r e h a s v e r y l o w i n t e r n a l i n d u c t a n c e ,w h i l e i t s c a p a c i t a n c e i s e s t i m a t e d t ob e a b o u t 600p F .C o n s i d e r i n g t h a t t h e c u r r e n t f l o w s i n t h e p r i m a r y o f t h e t r a n s f o r m e r i s r e l a t i v e l y h i g h i n t h e t h i r d o p e r a -t i o n s t a g e a n d i t i s d r a m a t i c a l l y i n t e r r u p t e d i n t h e f o u r t h s t a g e ,i t i s d i f f i c u l t t o e m p l o y am a g n e t i c c o r e i n t h e t r a n s f o r m e rw h i c hs i m u l t a n e o u s l y s a t i s f i e s t h e h i g hm a g n e t i c s a t u r a t i o n a n d h i g h f r e q u e n c y r e s p o n s e r e q u i r e -m e n t s .T h e r e f o r e ,a na i r -c o r e dt r a n s f o r m e rh a sb e e nde s i g n e d .T h et r a n sf o r m e rc o n s i s t so ft w oc o a x i a l w i n d i ng s ,b e t w e e nwhi c h t r a n s f o r m e r o i l i s f i l l e d f o r i n s u l a t i o n .A d d i t i o n a l l y ,c o r r e s p o n d i n g t o t h e c h a r a c -t e r i s t i c i m p e d a n c e o f t h e F C G ,t h e i n d u c t a n c e o f t h e p r i m a r y o f t h e t r a n s f o r m e r i s d e s i g n e d i n t h e r a n g e f r o m 0.5μHt o 1.5μH.B e s i d e s ,t h e e f f e c t i v e b o o s t i n g f a c t o r o f t h e t r a n s f o r m e r i s n o t n e c e s s a r i l y t o b e v e r y h i gh s i n c e t h e a m p l i t u d e o f t h e v o l t a g e p u l s e g e n e r a t e db y t h e i n t e r r u p t i o no f t h e c u r r e n t i n t h e p r i m a r y co u l db e t e n s o f k i l ov o l t s .C o n s e q u e n t l y ,t h e s e c o n d a r y w i n d i n g w i t h a c y l i n d r i c a l s h a p e i sw o u n d e db y a s i n g l e b a r e c o p p e rw i r ew i t ha d i a m e t e r o f 1mm ,w h i l e t h e p r i m a r y w i n d i n g w i t h a c o n i c a l s h a p e i sw o u n d e d b y s i xh i gh v o l t a g ew i r e s i n p a r a l l e l ,o fw h i c ht h ed i a m e t e ro f e a c hc o n d u c t o r i s a b o u t 2mm.T h e t u r nn u m b e ro f t h e p r i m a r y a n d t h e s e c o n d a r y w i n d i n g s i s 5a n d30,r e s p e c t i v e l y .M e a n w h i l e ,t h eh i g hv o l t a ge t e r m i n a l of t h e s e c o n d a r y w i n d i ng i s d i r e c t l y c o n n e c t e d t o th ei n n e r c o n d u c t o r o f t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r a n d t h e p r i m a r y w i n d i n g i s i n s e r t e d i n t o t h e s e c o n d a r y w i n d i n g .B o t ho f t h e t w ow i n d i n g s h a v e t h e s a m ew i n d i n g di r e c t i o n s o t h a t t h e i n p u t a n do u t p u t v o l t a g e p u l s e s o f t h e t r a n s f o r m e r h a v e t h e s a m e p o l a r i t y .A s a r e s u l t ,t h e s e l f -i n -d u c t a n c e o f t h e p r i m a r y a n d s e c o n d a r y i s 1.2μHa n d 40μH ,r e s p e c t i v e l y ,w h i l e t h e p r i m a r y /s e c o n d a r y m u -t u a l -i n d u c t a n c e i s 4.3μH.I t i s i n d i c a t e d t h a t t h e e f f e c t i v eb o o s t i n g f a c t o r i s a b o u t 5.8a n d t h e p r i m a r y -t o -W a n g Y u w e i e t a l :C o m p a c t p u l s e d p o w e r s o u r c eb a s e do ne x p l o s i v e l y d r i v e nm a g n e t i c f l u x c o m pr e s s i o n g e n e r a t o r025002-4s e c o n d a r y co e f f i c i e n t f a c t o r i s 0.62.T h eE E O S i s i m p l e m e n t e d a s a n a r r a y o f pa r a l l e l f u s ew i r e s .T h e f u s ew i r e s o f t h eE E O S a r e f i x e d a t t h e e d g e o f t h em e t a l d i s c p l a t e s s e p a r a t e db y d i e l ec t r i c s u p p o r t s .T h en u m b e ro f t h e f u s ew i r e s c o u l db eu p t o 40,w h i l e t h e l e n g t h c o u ld be a d j u s t e d i n t h e r a n g ef r o m40mmt o 160mm.T h e c r o w b a r s w i t c hS 1i s a s p a r k g a p s w i t c h f o r m e db y a g r o u n d e dm e t a l r i n g a n d am e t a l d i s c p l a t e c o n n e c t e d t o t h e i n p u t e n do f t h eE E O S .T h e s p a r k g a p o f t h i s c r o w b a r s w i t c h i s a d j u s t a b l e t om a k e i t s u r e l y c l o s e i n t h e o p e n i n gp r o c e s s o f t h eE E -O S .A d d i t i o n a l l y ,p r e s s u r i z e dS F 6o rN 2g a s c o u l db e f i l l e da s q u e n c h i n g m e d i u mf o r t h eE E O Sa n d i n s u l a -t i n gg a s f o r t h e c r o w b a r s w i t c hS 1.T ob e c o m p a c t ,t h eE E O Sa n d t h e c r o w b a r s w i t c hS 1ar e l o c a t e d i n s i d e t h e p r i m a r y w i n d i n g.T h e t r a n s f e r s w i t c h i s d i r e c t l y c o n n e c t e d t o t h eo t h e r e n do f t h e i n t e r m e d i a t e c a pa c i t o r .I t i s a l s o f i l l e d w i t h p r e s s u r i z e d g a sm i x t u r e o f S F 6o rN 2fo r i n s u l a t i o n .F o r c o n v e n i e n c e ,t h e s p a r k g a p i s a d j u s t a b l e o n l i n e t om a k e s u r e i t c l o s e s a t o r n e a r t h e p e a k c h a r g i n g v o l t a g e o f t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r .B e s i d e s ,t h e o u t p u t v o l t a g e i s c o n n e c t e d t o t h e l o a d t h r o u g hah i g hv o l t a ge c o a x i a l c a b l e .I no r d e r t oa v o i de l e c t r i cb r e a k d o w n ,p r e s s u r i z e d g a so fS F 6isf i l l e df o r i n s u l a t i o na t t h e j u n c t i o nb e t w e e nt h ec a b l ea n dt h eo u t p u ts p a r k g a p s w i t c h ,w h i l e t r a n s f o r m e r o i l i s f i l l e d a t t h e c o n n e c t b e t w e e n t h e c a b l e a n d t h e l o a d .2.2 E x p l o s i v e l y d r i v e nm a g n e t i c f l u x c o m pr e s s i o n g e n e r a t o r R e f e r r i n g t oR e f .[4],t h e l e n g t ho f t h e f u s e s o f t h eE E O S i s p r o p o r t i o n a l t o (1/t e f f )0.5,w h e r e t e f fi s t h e e q u i v a l e n t a c t i o n t i m e s c a l e o f t h e c u r r e n t a n d i t i s r e l a t e d t o i t s r i s e t i m e .M e a n w h i l e ,t h e l e n gt h o f t h e f u s e s i s n e c e s s a r y t ob e l o n g e n o u g h t o a v o i d r e -s t r i k e o f t h eE E O Sw h e nah i g hv o l t a g e p u l s e i s g e n e r a t e do n t h e p r i m a r y o f t h e t r a n s f o r m e r ,a l t h o u g h t h e c r o w b a r s w i t c hS 1h a sb e e ne m p l o y e d .T h e r e f o r e ,am i n i a t u r ed i -r e c t l y -f e e d i n g t w o -s t a g e dh e l i c a l F C Gh a s b e e n d e v e l o p e d t o o u t p u t a c u r r e n t p u l s ew i t h a r e l a t i v e l y s h o r t r i s e t i m e [8].T h e g e n e r a t o r i s 300mmi n l e n g t h a n d 90mmi nd i a m e t e r ,o fw h i c h t h e a r m a t u r e i s f i l l e dw i t hh i g h e x -p l o s i v e (R D X )o f 115g i nw e i g h t .T h e d e t a i l e dd e s i g na n d s t r u c t u r a l pa r a m e t e r s c a nb e f o u n d i nR e f .[9].2.3 I n i t i a l po w e rm o d u l e T h e i n i t i a l p o w e r m o d u l e i sc o m p o s e db y aD C p o w e rs o u r c e U D C ,a ni n i t i a l e n e r g y s t o r a g ec a pa c i t o rb a n k C 0a n d ad i sc h a r g i n g s w i t c hS 0[8].T h eD C p o w e r s o u r c ew i t h r a t e do u t p u t c u r r e n t o f 10m Ai s a c o m -m e r c i a l D C -D C p r o d u c t o f DW C -P 302-10F 161N i n c l u d i n g a b u i l t -i n l i t h i u mb a t t e r y ,w h o s e o u t p u t v o l t a g e c a n b e a d j u s t e d i n t h e r a n g e f r o m0t o3000V.T h e i n i t i a l e n e r g y s t o r a g e c a pa c i t o rb a n kc o n t a i n s f o u r ide n t i c a l c a p a c i t o r e l e m e n t s c o n n e c t e d i n p a r a l l e l .T h e c a p a c i t o r e l e m e n t i s a c o mm e r c i a l p r o d u c t o fMKM J 3-50w i t h r a t e d c a p a c i t a n c e of 50μF a n d v o l t ag e o f 3000V.Th e di s c h a r g i n g s w i t c hS 0i s a n e x p l o s i v e l y d r i v e n s w i t c h a s i n t r o d u c e d i nR e f .[10].T h e d e l a y b e t w e e n t h e i n i t i a t i o n o f t h e s w i t c hS 0an d t h e F C Gc a nb e c o n t r o l l e dw i t h a na c c u r a c y of 1μs .3 C i r c u i t s i m u l a t i o nI n t h e d e s i g n s t a g e ,t h e p e r f o r m a n c eo f t h ew h o l e s y s t e mi s s i m u l a t e db y u t i l i z i n g th e c i r c u i tm o d e l a s s h o w n i nF i g .1.D u r i n g t h e o p e r a t i o no f t h e s y s t e m ,t h e t i m e -v a r y i n g i n d u c t a n c e a n d r e s i s t a n c e o f t h e t w o -s t a g e dF C G (L g 1,R g 1,L g 2a n d R g 2)a r e c a l c u l a t e db y t h em e t h o d p r e s e n t e d i nR e f .[11],w h i l e t h e t i m e -v a r -y i n g r e s i s t a n c e o f t h eE E O S (R f )i s c a l c u l a t e db y t h e e x p r e s s i o n i n t r o d u c e d i nR e f .[4].T o g e t h e rw i t ht h e p a r a m e t e r s a s d e s c r i b e d i n t h e p r e v i o u s p a r t ,t h e v a r i a t i o n s o f t h e v o l t a g e a n d c u r r e n t i n t h e c i r c u i t c a n b e o b -t a i n e da n d t h e i n f l u e n c e s o f t h e p a r a m e t e r s L c 0,L c 1,R g 1,R g 2,R p a n d R s e t c c a n a l s o b e a n a l y z e d .H o w e v e r ,o n l y t h e s i m u l a t i o no f t h e s u b -c i r c u i t f o r m e db y C m ,S 2,L c 2a n d C L i s p r e s e n t e d i nt h i s p a p e r ,b e c a u s e t h e c h a r g i n gp r o c e s s o f t h e l o a d i sm a i n l y d e t e r m i n e db y t h e s e p a r a m e t e r s a n d t h e p a pe r s h o u l dh a v e r e a s o n a b l e l e gt h .C o n s i d e r i n g t h a t t h e i m p e d a n c e o f t h e s e c o n d a r y o f t h e t r a n s f o r m e r L s i s r e l a t i v e l y h i g h a t t h e f r e q u e n c y强激光与粒子束025002-5c o r r e s p o nd i n g t o t he d i s c h a r g i n g t i m eof t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r C m i nt h e f i f t ho p e r a t i o ns t ag ea s p r e v i -o u s l y d e s c r i b e d ,th e s u b -c i r c u i t f o r m e db y C m ,S 2,L c 2a nd C L i s i n de p e n d e n t l y a n a l y z e df o r s i m p l i f i c a t i o n .T h e i n d e p e n d e n t s u b -c i r c u i t c a nb e d e s c r i b e db y e q u a t i o n s (1)t o (3),w h e r e U m 0r e p r e s e n t s t h ev o l t ag eo f th ei n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r C m a t t h e c l o s i n g o f t h e t r a n s f e r s w i t c hS 2,U m r e p r e s e n t s t h e t i m e -v a r y i n g v o l t a g e o f t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t o r C m ,U L r e p r e s e n t s t h e t i m e -v a r y i n g v o l t a g eo f t h e l o a d C L a n d I r e p r e s e n t s t h e c u r r e n t i n t h i s s u b -c i r c u i t .U m -L c 2d Id t-U L =0(1)U m =U m 0-ʏI d tC m(2)U L=ʏI d t C L(3)F i g .3 V a r i a t i o n s o f t h e v o l t a ge o n t h e i n t e r m e d i a t e c a pa c i t o r a n d t h e l o a d F i g .4 V a r i a t i o n s o f U m p ,U L p an d t r w i t h Cm F i g .5 V a r i a t i o n s o f U m r ,U L p an d t r w i t h L c B y n u m e r i c a l l y s o l v i n g e qu a t i o n s (1)t o (3)w i t h C m =0.6n F ,L c 2=100n H ,C L =65p Fa n d U m 0=-200k V ,t h e v a r i a t i o n s o f U m a n d U L a r e o b t a i n e d a n d s h o w ni nF i g .3.A s i n d i c a t e d ,U m p r e p r e s e n t s t h em i n i m a l r e -s i d u a l v o l t a g eo nt h e i n t e r m e d i a t ec a pa c i t o r C m ,w h i l e U L p a n d t r r e p r e s e n t t h e p e a kv a l u e a n d r i s e t i m e o f c h a r -g i n g v o l t a g eo nt h el o a d C L ,r e s p e c t i v e l y .A sc a nb e s e e n ,t h e l o a d C L i sc h a r g ed t o -360k V (U L p )i n 10.8n s (t r ),w h i le t h e r e s i d u a l v o l t a g eo nt h e i n t e r m e d i a t ec a -pa c i t o r i s-160k V (U m p ).A d d i t i o n a l l y,w h i l et h e o t h e r p a r a m e t e r sr e m a i n c o n s t a n t ,t h e v a r i a t i o n s o f U m p ,U L p a n d t r w i t h C m a n d L c a r es h o w ni nF i g .4a n dF i g .5,r e s p e c t i v e l y .W h e n C m i n c r e a s e s f r o m1t o 10t i m e s C L ,U m p i n c r e a s e s f r o m0t o-163.6k V ,U L pi n c r e a s e s f r o m -200k V t o -363.6k V ,a n d t r i n c r e a s e s f r o m8n s t o 10.9n s .I tm e a n s t h a t U L p /U m 0i n c r e a s e s f r o m1t oa b o u t 1.8w h i l e t h e r a t i o o f t h e e n e r g y t r a n s f e r r e d t o t h e l o a d t o t h a t s t o r e d i n t h e i n t e r m e d i a t e c a pa c i t o r d e c r e a s e s f r o m 1t o 0.33.W h e n L c 2i n c r e a s e s f r o m50n Ht o 500n H ,t r i n c r e a s e s f r o m5.4n s t o 17.1n sw h i l e U m p a n d U L pr e m a i nc o n s t a n t .I t c a nb e c o n c l u d e d t h a t t h e k e y t o s h o r t e n t h e c h a r g i n g t i m e o f t h e l o a d i s r e d u c i n gt h e i n n e r i n d u c t a n c e o f t h e i n t e r m e d i a t ec a p a c i t o ra n dc o n n e c t i n g i n d u c t a n c e L c 2.B e s i d e s ,b y c o m p r o m i s i n g wi t ht h es i z ea n d w e i g h t o f t h e p o w e r c o n d i t i o n i n g m o d u l e ,t h e v a l u e o f C m i n o u r s y s t e m w a s s e l e c t e d t o b e a b o u t 9t i m e s t h a t o f C L .W a n g Y u w e i e t a l :C o m p a c t p u l s e d p o w e r s o u r c eb a s e do ne x p l o s i v e l y d r i v e nm a g n e t i c f l u x c o m pr e s s i o n g e n e r a t o r025002-64 E x pe r i m e n t a l r e s u l t s I ne x p e r i m e n t s ,t h e i n i t i a l e n e r g y s t o r a g ec a p a c i t o rb a n k w i t ht o t a l c a p a c i t a n c eo fa b o u t200μF w a s c h a r ge d t o 2k V.B ef o r e t h e e x p e r i m e n t s o f t h ew h o l es y s t e m ,t h eo u t pu t c u r r e n to f t h eF C G w i t ha n i n d u c t i v e l o a do f 1.44μH w a s m e a s u r e da t f i r s t .A p h o t o g r a pho f t h eF C Gi nt h ed e t o n a t i o nc h a m b e rb e f o r e i n i t i a t i o ni s s h o w n i nF i g .6.W i t ha n i n i t i a l c u r r e n t o f 2.52k Af e d i n t o t h e 1s ts t a geo f t h eF C G ,i tw a sm e a s u r e d t h a t t h e p e a kv a l u e o f t h e o u t p u t c u r r e n tw a s 49k A ,w h i l e t h e r i s e t i m e o f t h a tw a s 5.2μs .I tw a s a l s o i n d i c a t e d t h a t t h e e n e r g y a m p l i f y i n g fa c t o rw a s ab o u t 7.8[8].F i g .6 V a r i a t i o n s o f t h e v o l t a ge o n t h e i n t e r m e d i a t e c a pa c i t o r a n d t h e l o ad F i g .7 Me a s u r e do u t pu t c u r r e n t o f t h eF C G B a s e do n t h em e a s u r e do u t p u t c u r r e n t o f t h eF C G ,t h e s e c t i o n a l a r e a a n d l e n gt ho f t h e f u s ew i r e sw e r e c a l c u l a t e db y t h e p r e v i o u s l y m e n t i o n e de q u a t i o n s .F i n a l l y ,t h eE E O S w a s i m p l e m e n t e db y 20c o p p e rw i r e s w i t ha l e n g t ho f a b o u t 100mma n d ad i a m e t e r o f 0.065mm.A d d i t i o n a l l y ,i tw a s f i l l e dw i t h p r e s s u r e dS F 6ga s o f 0.24M P a f o r i n s u l a t i o n . F i g .8 M e a s u r e dv o l t a g e o n t h e i n t e r m e d i a t e c a p a c i t or F i g .9M e a s u r e dv o l t a g e o n t h e c a pa c i t i v e l o a d U n d e r t h e s e c o n d i t i o n s ,t h em e a s u r e do u t p u t c u r r e n t o f t h eF C Gi s s h o w n i nF i g.8.A s c a nb e s e e n ,t h e c u r r e n tw a s i n t e r r u p t e d b y t h e o p e n i n g o f t h eE E O S a t a b o u t 20k Aa n d 4μs l a t e r t h a n t h e c l o s i n g o f S g 2,a n d t h e n r o s e t o o v e r 80k Aa c c o r d i n g t o t h e c l o s i n g o f t h e s w i t c hS 1.C o m p a r i n g w i t h t h e p r e v i o u sm e a s u r e d c u r r e n t o f t h eF C G ,t h e i n t e r r u p t e d t i m ew a s a b o u t 1.6μs e a r l i e r t h a n t h e o pe r a t i o n e n d of t h eF C G ,w h i c h m e a n s t h a t as ig n i f i c a n t p a r to f th eo u t p u te n e r g y of t h eF C G w a sw a s t e da n dt h e p a r a m e t e r so f t h e f u s e w i r e s s h o u l db e f u r t h e r o p t i m i z e d .T h e o r e t i c a l l y ,t h e l e n gt ha n d t o t a l s e c t i o n a l a r e a o f t h e f u s ew i r e s o f t h e E E O Ss h o u l db e i n c r e a s e d [4].M e a n w h i l e ,t h e m e a s u r e dv o l t a g ev a r i a t i o n so nt h e i n t e r m e d i a t ec a p a c i t o ra n dt h ec a pa c i t i v el o a da r e s h o w n i nF i g .9a n dF i g .10,r e s p e c t i v e l y .I t i s s h o w n t h a t t h e c h a r g i n g v o l t a g ew a s ab o u t -216k Va t t h ec l o s i n g o f t h e s w i t c hS 2,w h i l e t h e c a p a c i t i v e l o a dw a s c h a r g ed t o a b o u t -352k Vi n a b o u t 10n s .I t i s i n d i c a -t e d t h a t t h e v o l t a g e b o o s t i n g f a c t o r i s a b o u t 1.63,w h i c h i s a l i t t l e l o w e r t h a n t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t .A s a n a -强激光与粒子束。

辐射发生器的原理

辐射发生器的原理
辐射发生器原理
辐射发生器是一种能够产生电磁辐射的设备，其工作原理基于电磁感应和电子能级跃迁。

1. 电磁感应：辐射发生器内部包含一个电磁感应线圈或电磁铁。

当通过电流时，线圈或铁芯内会产生一个强磁场。

这个磁场随着电流的变化而变化，形成交变磁场。

2. 电子能级跃迁：辐射发生器中通常使用特定的物质，例如放射性同位素或激光介质。

这些物质中的原子具有特定的电子能级结构。

当物质受到磁场或电场激发时，原子中的电子会跃迁到较高的能级。

3. 辐射发射：电子跃迁至较高的能级后，会因为不稳定而向低能级跃迁。

在这个过程中，物质会释放出电磁波，形成辐射。

4. 调节辐射：辐射发生器的设计允许调节产生的辐射类型、频率和强度。

通过控制电流大小、磁场强度或激发条件等参数，可以改变辐射的特性。

总之，辐射发生器的工作原理通过电磁感应和原子能级跃迁来产生电磁辐射。

对辐射类型和强度的控制使其可以在多种应用中使用，例如科学研究、医疗诊断和治疗等领域。

射频爆磁压缩发生器小型化共形天线-强激光与粒子束

115004-1第29卷第11期强激光与粒子束V o l .29,N o .11 2017年11月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S N o v .,2017射频爆磁压缩发生器小型化共形天线*李红梅1, 蒋文兴1, 邓琳琳1, 陈红2(1.哈尔滨工业大学电子与信息工程学院,哈尔滨150001; 2.黑龙江大学机电工程学院,哈尔滨150080) 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㊂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㊂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㊂C S T 仿真和实物测试结果表明,此共形天线在0.5G H z 到10.3G H z 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㊂关键词: 电磁脉冲; 射频爆磁压缩发生器; 辐射特性; 共形天线; 超宽带天线中图分类号: T N 978.4 文献标志码: A d o i :10.11884/H P L P B 201729.170146射频爆磁压缩发生器(R F M F C G )是在爆磁压缩发生器基础上发展起来的一种结构紧凑的一次性电磁脉冲产生和辐射装置,其具有结构简单㊁体积小㊁重量轻㊁灵活性高等特点,因此其被广泛应用于军事与科研的各个领域当中[1-3]㊂目前大部分研究是将射频爆磁压缩发生器直接与可展开天线(窄带)相连或使用装置自身的结构(定子线圈)作为辐射单元来产生辐射[4-5],这些称为直接驱动装置㊂这种装置的缺点是效率非常低,主要是由于天线(辐射单元)不具有宽带特性并且与信号源不匹配造成的㊂射频爆磁压缩发生器小型化共形天线的设计思路主要来自于俄罗斯学者N o v i k o v 等人的一篇磁积累发生器理论研究的文章[6]㊂该文章分析了磁积累发生器的结构,并提出了一种与磁积累发生器一体化的振子天线,小尺寸的爆磁发生器内嵌到天线内部㊂该天线是通过变压器线圈的次级进行馈电的,变压器线圈一端接振子,另一端接地板㊂该振子天线经过加载合适的电阻后,可以作为超宽带天线使用,在高频段有较高的阻抗特性㊂但是加载电阻会降低该天线的辐射效率,这与本文的研究目的背道而驰㊂本文的目的不仅要实现天线与发生器的匹配和小型化,还要实现高辐射效率㊂为此本文提出了爆磁压缩发生器小型化共形天线的新方案,并通过仿真实测的方式验证了其实用性㊂1 射频爆磁压缩发生器的工作机理1.1 电磁脉冲的产生机理射频爆磁压缩发生器是基于磁场冻结效应,利用高爆炸速度的炸药爆炸压缩磁通量,从而将炸药的化学能转化为电磁能传递到自身定子线圈㊁负载天线或其他辐射装置的电磁脉冲产生和辐射装置㊂磁场冻结效应是1942年阿耳芬提出的一个磁流体力学的基本理论,该理论指出:通过运动的理想导电流体(目前已经推广到良导体)中的任意一个闭合回路中的磁通量是守恒的[7]㊂F i g .1 S t r u c t u r e s c h e m a t i c o f r a d i o f r e q u e n c ye x p l o s i v em a g n e t i cf l u x c o m p r e s s i o ng e n e r a t o r 图1 射频爆磁压缩发生器的结构简图射频爆磁压缩发生器的结构简图如图1所示,由一缠绕于金属管(电枢)外的线圈(定子)串联一小电容器构成[8-9]㊂电枢内填充炸药,在爆炸的作用下电枢扩张并依次短路定子的各匝线圈,随着爆炸向前推进,定子线圈内的初始磁场被压缩,同时定子线圈的电感不断减小,使回路中电流信号的振荡频率(称为载波频率)越来越高,在损耗较小的情况下,电流强度将越来越强,最终导致在短时间辐射出一定强度的电磁脉冲[10-11]㊂*收稿日期:2017-05-02; 修订日期:2017-07-20基金项目:国家自然科学基金项目(61071035)作者简介:李红梅(1972 ),女,副教授,硕士生导师,从事电磁脉冲技术研究;l i h o n g m e i @h i t .e d u .c n ㊂通信作者:蒋文兴(1994 ),男,研究生,微波技术与天线;16s 105094@s t u .h i t .e d u .c n㊂115004-21.2 电磁脉冲的辐射机理射频爆磁压缩发生器在没有外加辐射天线的情况下,主要依靠装置的自身结构定子线圈来辐射电磁脉冲㊂定子线圈是射频爆磁压缩发生器的重要组成部分,主要作用有两个:一是炸药爆炸后与电枢不断接触压缩磁通从而在电路中产生振荡电流,另一个重要作用是作为射频爆磁压缩发生器的天线辐射产生的电磁脉冲㊂将定子线圈做为电小环天线进行分析,因为其近似满足电小环天线的应用条件:(1)环的导体总长度远小于它辐射的自由空间波长;(2)若环为螺旋线圈,要求其长度直径比不小于3㊂满足了以上两个条件,则沿环天线导体的电流分布可视为均匀,即导体上每一点处都有相同的电流值㊂在此基础上,可以得到电小环天线的参数㊂具有N 圈环的环天线的辐射电阻可表示为R r =Z 06πk 4(N S C )2(1)式中:Z 0为自由空间波阻抗;Z 0=120πΩ;k 为辐射电磁波的波数,k =2πf/c ,这里f 为辐射电磁波的频率,c 为光速;S C 为环天线的截面积㊂在射频F C G 工作过程中,做为辐射天线的定子线圈的匝数N (t )是时变的㊂为简化计算,设N (t)均按线性规律变化N (t )=N (1-t /τf )(2)式中:τf 为射频F C G 的工作时间㊂根据式(1),在任意时刻,定子线圈的辐射电阻为R r =Z 06π2πf (t )éëêêùûúúc 4[N (t )S C ]2(3)将f (t )和N (t )代入式(3),得到射频F C G 的辐射电阻为R r =Z 06πN S C c 2L 0éëêêùûúúC 2(4) 设环的半径为r C ,环间距p ,则N 圈环天线的总损耗阻抗为R t =2r C N (πf 0μ0/σ)1/2(1-t /τf )3/4/d w (5)式中:f 0为振荡电流的初始频率,f 0=1/2πL 0C ;μ0为自由空间磁导率;τf 为射频爆磁压缩发生器的工作时间;d W 为环天线的导线直径㊂射频爆磁压缩发生器的等效电阻应为R r 和R t 两者之和,即R (t )=R r +R t (6) 射频爆磁压缩发生器的效率为ηC =R r Rr +R t (7)F i g .2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n r a d i a t i o ne f f i c i e n c y a n d t i m e 图2 辐射效率与时间的关系根据以上的分析结果,可得出辐射效率随时间的变化关系,如图2所示㊂可见,射频爆磁压缩发生器的辐射效率非常低㊂由于射频爆磁压缩发生器的结构限制,装置没有匹配的辐射天线,而只是由定子线圈辐射的效率又非常低,所以要提高射频爆磁压缩发生器的辐射特性,对装置的结构进行改进是很必要的㊂2 天线的设计与分析射频爆磁压缩发生器产生的电磁脉冲频谱特别宽,所以要将其产生的能量有效地辐射出去,需要采用超宽带天线㊂传统的超宽带天线,如对数周期天线㊁阿基米德螺旋天线㊁等角螺旋天线等,无法与射频爆磁压缩发生器共形,不符合射频爆磁压缩发生器的实际应用需求㊂为此需要研究一种能与射频爆磁压缩发生器共形的宽带天线㊂强激光与粒子束115004-3 2.1 天线的设计锥形天线在低频段有较好的阻抗带宽,结合文献[3]和[12],并兼顾射频爆磁压缩发生器小型化和实用性的需求,本文以盘锥天线作为出发点,为了展宽盘锥天线在高频的带宽而对其边沿作延长处理,天线外形与文献[3]中的振子天线如出一辙,也就是说,它既可以看成是一个馈电段为锥形的单振子天线,也可以看成是一个锥底延长了的盘锥天线㊂F i g .3 S t r u c t u r e o f t h e c o n f o r m a l a n t e n n a 图3 共形天线的结构图本文设计的射频爆磁压缩发生器小型化共形天线的底部为锥形结构,其与射频爆磁压缩发生器一体化组成电磁脉冲爆炸源㊂其具体结构如图3所示㊂此天线的结构分为内部结构和外部结构㊂外部结构包括天线地板(1)㊁介质支架(2)㊁天线椎体部分(3)和天线锥底延长部分(4)㊂天线椎体部分为圆锥形空心结构,且位于天线地板的上表面1mm 处;介质支架位于天线地板的上表面且用于支撑椎体部分;天线锥底延长部分为圆柱形空心结构㊂内部结构包括耦合线圈(5)㊁射频爆磁压缩发生器(6)和导线(7)㊂耦合线圈环绕在射频爆磁压缩发生器的外部,耦合线圈的两端分别连接两个导线的一端,两个导线的另一端分别连接天线椎体部分的下端和天线地板㊂F i g .4 E q u i v a l e n t c i r c u i t o f c o u p l i n g c o i l f e e d e r 图4 耦合线圈馈电的等效电路在本文的设计中射频爆磁压缩发生器的效率是由天线辐射的能量决定的㊂射频爆磁压缩发生器把能量输入到天线中要求天线与振荡电路在整个工作频带内都是匹配的㊂由于天线的电阻(一般为50Ω)超过射频爆磁压缩发生器的内阻约一个数量级,所以必须考虑采用阻抗变换来实现二者的匹配㊂由于理想变压器具有阻抗变换的作用,所以本文提出采用电感耦合的方式为天线馈电㊂本文设计的天线在定子线圈外增加一个耦合线圈作为馈电线圈并与前级储能电容直接相连,通过与装置定子线圈耦合来为装置馈电,其等效电路如图4所示㊂其中R (t )为射频爆磁压缩发生器的动态电阻,L (t )为动态电感(即定子线圈的电感),C 为电容㊂L L (t)为耦合电感(即耦合线圈的电感),R L 为天线负载(即本文所设计的射频爆磁压缩发生器小型化共形天线)㊂由于射频爆磁压缩发生器运行过程中动态电感是随时间减小的,为了保证辐射天线与装置电路在整个运行过程中都是匹配的,耦合电感也应是随时间减小的,并且二者的匝数比在装置运行的任何时刻都应相同㊂这样,射频射频爆磁压缩发生器所产生的能量通过耦合线圈耦合到天线中,并实现天线与振荡电路的匹配㊂同时二者的同轴共形组合满足了装置小型化的要求㊂根据埃里克森等人的研究[13],采用铜箔带绕式变压器线圈,耦合系数可达0.88~0.92㊂2.2仿真分析F i g .5 S i m u l a t i o nd i a g r a mo f c o n f o r m a l a n t e n n a 图5 共形天线的仿真图本文设计的射频爆磁压缩发生器小型化共性天线的底部为锥形结构,是盘锥天线的一种变形结构,因此此天线应该具有宽频特性㊂为验证此天线宽频特性,采用专门用于高频分析的三维电磁仿真软件C S T M I C R O WA V ES T U D I O 对其进行建模仿真㊂其仿真图如图5所示㊂具体仿真尺寸为:地板半径100mm ,锥角45ʎ,锥长71mm ,圆柱半径50mm ,圆柱高150mm ,馈电距离1mm ㊂从0~20G H z 对此共形天线进行仿真,得到的方向图和阻抗特性如图6㊁图7所示㊂从图6可看出,此天线的辐射效率为-0.007d B ,即99.8%,相比于定子线圈辐射,其辐射效率大大提高了㊂从图7的S 11仿真结果可以看出天线在0.5G H z 到17.5G H z 频带内的反射系数小于-10李红梅等:射频爆磁压缩发生器小型化共形天线115004-4F i g .6 D i r e c t i o n a l d i a g r a mo f c o n f o r m a l a n t e n n a 图6共形天线仿真的方向图F i g .7 I m p e d a n c e c h a r a c t e r i s t i c g r a p ho f c o n f o r m a l a n t e n n a 图7 共形天线仿真的阻抗特性d B ,即天线的下限频率可以达到0.5G H z ,上限频率可达17.5G H z ,是倍频程带宽超过5的超宽带天线㊂2.3 实物测试本文设计的射频爆磁压缩发生器小型化共性天线实物图如图8所示㊂此天线实物选用的金属材料为白口铁,经济实用㊁易于翻折,可根据测试的结果,随时对天线尺寸进行调整㊂用安捷伦矢量网络分析仪测得此天线的阻抗特性如图9所示㊂F i g .8 P r o d u c t p i c t u r e o f c o n f o r m a l a n t e n n a 图8天线实物图F i g .9 I m p e d a n c e c h a r a c t e r i s t i c o f p h y s i c a l a n t e n n a 图9 实物天线的阻抗特性从实物天线的阻抗特性图可以看出,天线在0.5G H z 到10.3G H z 内反射系数S 11<-10d B ,而在10.3G H z 到17.5G H z 的频率带的阻抗特性与仿真结果相差较多㊂3 结论本文在研究射频爆磁压缩发生器产生和辐射电磁脉冲机理的基础上,提出了一种在结构上能满足射频爆磁压缩发生器小型化和实用化的共形天线㊂C S T 建模仿真及测试结果表明,该天线在0.5~10.3G H z 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㊂本文所提出的天线仿真结果表明其在0.5~17.5G H z 的范围内具有良好的辐射特性,而实物测试所验证的范围为0.5~10.3G H z ,可见仿真结果和实测结果的差异主要集中在高频段,而高频段的辐射特性主要受锥形部位的影响㊂由于实物天线是手工制作,椎体部分制作得不是十分精细,这就是高频段辐射特性有差异的原因㊂若进一步提高加工工艺,可以避免此误差㊂由于理论上射频爆磁压缩发生器产生电磁脉冲的频率范围可达1MH z ~100G H z ,而本文提出的共形天线虽然在辐射带宽方面有了很大的提高,但仍远小于发生器产生的电磁脉冲频率范围,今后的研究将集中在进一步展宽射频爆磁压缩发生器共形天线的带宽方面,为实现射频爆磁压缩发生器的实际应用打好基础㊂参考文献:[1] ПрищепенкоАБ,ЩелкачевМВ.Диссипативныеидиффузионныепотеривспиральномвзрывомагнитномгенераторе[J ].Электричество,1993:31-36.[2] F o w l e rC M ,G a r n W B ,C a i r dRS .P r o d u c t i o no f v e r y h i g hm a g n e t i c f i e l d s b y i m p l o s i o n [J ].J o u r n a l o f A p p l i e dP h ys i c s ,1960,31(3):588-594.[3] L üQ i n g a o ,L e i B i n ,G a oM i n .M a g n e t i c f l u xc o m p r e s s i o n g e n e r a t o r a s f u t u r em i l i t a r yp u l s e d p o w e r s u p p l y [J ].I E E ET r a n sM a gn e t i c ,2009,45(1):545-549.[4] 史云雷,张合,马少杰,等.爆磁压缩发生器初级紧凑型电脉冲源设计及实验[J ].强激光与粒子束,2017,29:025005.(S h iY u n l e i ,Z h a n g 强激光与粒子束李红梅等:射频爆磁压缩发生器小型化共形天线H e,M aS h a o j i e,e t a l.D e s i g n a n d e x p e r i m e n t o f c o m p a c t s e e d s o u r c e f o r e x p l o s i v em a g n e t i c f l u x c o m p r e s s i o n g e n e r a t o r s.H i g hP o w e rL a-s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2017,29:025005)[5]贲驰,何勇,潘绪超,等.爆炸式电磁感应脉冲发生器[J].爆炸与冲击,2016,36(1):43-49.(B e nC h i,H eY o n g,P a nX u c h a o,e t a l.E x p l o-s i o n-d r i v e ne l e c t r o m a g n e t i c i n d u c t i o n p u l s e g e n e r a t o r.E x p l o s i o n a n dS h o c k W a v e s,2016,36(1):43-49)[6] N o v i k o vV V,M i n e e vV N.M a g n e t i c e f f e c t sd u r i n g s h o c k l o a d i n g o fm a g n e t i z e d f e r r o-a n d f e r r i m a g n e t s[J].C o m b u s t i o n,E x p l o s i o n a n dS h o c k W a v e s,1983,19(3):336-342.[7] N e u b e rA A,D i c k e n s JC.M a g n e t i c f l u xc o m p r e s s i o n g e n e r a t o r s[J].I E E EP u l s e d P o w e r:T e c h n o l o g y a n d A p p l i c a t i o n s,2004:1205-1215.[8] G o f o r t h JH,B a c aEV,B r i g g sM E,e t a l.I m p r o v e m e n t s i nR a 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n e t i c f l u xc o m p r e s s i o n g e n e r a t o r s[C]//I E E EI n t e r n a-t i o n a l C o n f e r e n c e o nP l a s m aS c i e n c e s.2015:1-1.[12]杜枢,孙奇志,刘伟.圆盘型爆磁压缩发生器的数值模拟[J].强激光与粒子束,2016,28:085001.(D uS h u,S u nQ i z h i,L i u W e i.N u m e r i c a ls i m u l a t i o no f d i s ke x p l o s i v em a g n e t i c g e n e r a t o r.H i g hP o w e rL a s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2016,28:085001)[13] G i e s s e l m a n n M,H e e r e nT,K r i s t i a n s e nE,e t a l.E x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l i n v e s t i g a t i o n o f a p u l s e d p o w e r c o n d i t i o n i n g s y s t e mf o rm a g-n e t i c f l u x c o m p r e s s i o n g e n e r a t o r s[J].I E E ET r a n sP l a s m aS c i e n c e,2000,28(5):1368-1376.M i n i a t u r i z e d c o n f o r m a l a n t e n n a f o r r a d i o f r e q u e n c y e x p l o s i v em a g n e t i cf l u x c o m p r e s s i o ng e n e r a t o rL iH o n g m e i1,J i a n g W e n x i n g1, D e n g L i n l i n1, C h e nH o n g2(1.S c h o o l o f E l e c t r o n i c s a n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g,H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y,H a r b i n150001,C h i n a;2.C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,H e i l o n g j i a n g U n i v e r s i t y,H a r b i n150080,C h i n a)A b s t r a c t: A s a o n e-t i m em i n i a t u r i z e dd e v i c eu s e d t o g e n e r a t e a n dr a d i a t e e l e c t r o m a g n e t i c p u l s e,t h e r a d i o f r e q u e n c y e x p l o-s i v em a g n e t i c f l u x c o m p r e s s i o n g e n e r a t o r(R F M F C G)s t i l l h a s t h e b o t t l e-n e c k i n a p p l i c a t i o nb e c a u s e o f t h e s t r u c t u r e a n d p r o p e r-t i e so f i t s r a d i a t i o n a n t e n n a.I n o r d e r t o s o l v e t h i s p r o b l e m,t h em e c h a n i s mt h a t t h eR F M F C G g e n e r a t e s a n d r a d i a t e s e l e c t r o m a g-n e t i c p u l s e i s s t u d i e d f i r s t i n t h i s p a p e r.T h e na nR F M F C G m i n i a t u r i z a t i o nc o n f o r m a l a n t e n n a s u i t a b l e f o r t h e a c t u a l d e m a n d i s p u t f o r w a r do n t h i s b a s i s.T h e a n t e n n a i s d e s i g n e d t o b e a p a r t o f t h e b o d y o f t h em a g n e t i c f l u x c o m p r e s s i o n g e n e r a t o r,w h i c h e n-s u r e s t h em i n i a t u r i z a t i o na n d p r a c t i c a b i l i t y o f t h ed e v i c e i nt e r m so f s t r u c t u r e.T h er e s u l t so fC S Ts i m u l a t i o na n d p h y s i c a l t e s t s h o wt h a t t h e c o n f o r m a l a n t e n n a h a s g o o d r a d i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s i n t h e f r e q u e n c y b a n d o f0.5G H z t o10.3G H z,a n d i t a l s o c a n m e e t t h e p r a c t i c a l d e m a n do f t h eR F M F C Gi n r a d i a t i o n p e r f o r m a n c e.K e y w o r d s:e l e c t r o m a g n e t i c p u l s e;r a d i o f r e q u e n c y e x p l o s i v em a g n e t i c f l u x c o m p r e s s i o n g e n e r a t o r;r a d i a t i o n c h a r a c t e r i s-t i c s;c o n f o r m a l a n t e n n a s;u l t r a-w i d e b a n da n t e n n aP A C S:84.30.N g;84.40.B a115004-5。

爆炸磁频率发生器及其辐射特性测量方法研究

爆炸磁频率发生器及其辐射特性测量方法研究电磁脉冲技术在科学研究和军事应用等领域发展迅速，利用非核手段产生电磁脉冲的技术是当今国内外研究的热点之一。

螺旋型爆炸磁频率发生器（EMGF）是一种利用磁通压缩原理产生和辐射电磁脉冲的小型化装置。

本文从等效电路出发，通过理论研究、数值计算和实验验证相结合的方法对EMGF进行深入分析与优化设计，在此基础上提出一种新型多脉冲发生器。

研究适合EMGF输出特性的电磁脉冲辐射场测量方法，对其中各个频段的接收天线进行优化设计，为EMGF的电磁脉冲产生及辐射特性测量领域探索出新的思路和方法。

本文研究的EMGF是由磁通量压缩发生器（MFCG）发展而来，基于磁通压缩理论，对MFCG的基本原理及分类进行了介绍，针对EMGF的结构特点，在考虑欧姆损耗时分析了EMGF回路电阻的理论计算方法。

在考虑电枢屏蔽作用对定子线圈电感的影响条件下，提出一种线圈电感的计算模型，为等效电路的计算打下基础。

EMGF的等效电路是一种RLC串联电路，在本文中使用数值方法详细分析计算了电路中各参数选择对发生器回路工作电流的影响，分别分析了线圈电感变化率、电感初值以及爆炸持续时间等参数对发生器电流的影响及变化规律，发现在线圈电感按照先快后慢的速度减小时，负载中电流变化最有利于电磁辐射；为了连接高阻性负载，提出一种使用升压变压器连接负载的模型，分析变压器参数选择对发生器能量、电流的影响，优化后的参数模型可提高传输效率；分析了电容器接入电路的位置、方式和取值对发生器输出电流的影响，为了能够在负载中产生放大电流或能量，提出了电容在等效电路中的接入方法。

这些方法和模型为EMGF的设计提供重要的理论依据与参考。

为了产生多个具有重复频率的电磁脉冲，并且扩大电磁脉冲覆盖的频带范围，本文对螺旋型EMGF模型进行改进，提出了一种新型开关型多脉冲发生器结构。

该发生器由电枢、销钉开关、储能电容和负载电阻几部分组成，沿电枢轴线方向上放置多个销钉，通过电枢爆炸速度和销钉间距等参数控制脉冲宽度和间隔，利用储能电容在回路中放电产生多个脉冲。

射频爆磁压缩发生器辐射性能研究

射频爆磁压缩发生器辐射性能研究韩颖超;李红梅;邱景辉【摘要】Radio frequencies explosive magnetic flux compression generator ( RF MFCG) as a kind of explosive-actuated device could generate and radio electromagnetic pulse. With the purpose of studying the radiation performance of RF MFCF to guide engineering practice, RF MFCG devices were designed and the corresponding method based on the small loop antenna theory to study radiation performance was performed. The way which is used to improve radiation density of power flux to load whip antenna on RF MFCG is discussed. From the result of static and experiments we can see that the way of improving RF MFCG radiation performance is available.%基于电小环天线等效理论将射频爆磁压缩发生嚣(RF MFCG)定子线圈等效为电小环天线,分析RF MFCG运行后电磁脉冲辐射情况.对3个不同参数装置模型加载20 kV电压进行静态仿真,得出RF MFCG的辐射功率方向图及辐射强度大小.为提高RF MFCG辐射效率,提出了在RF MFCG上加载鞭天线改进脉冲辐射效果的方法.模拟得出了加载鞭天线RFMFCG运行后10 m、50 m、100 m处的辐射强度.设计制作了加载鞭天线RF MFCG进行实验研究.测试得到的辐射强度表明,加载鞭天线后装置辐射性能明显提高,在60m距离内可得到较为理想的辐射强度.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)024【总页数】4页(P5809-5812)【关键词】射频爆磁压缩发生器;辐射;辐射强度;外场实验;鞭天线【作者】韩颖超;李红梅;邱景辉【作者单位】哈尔滨工业大学微波与天线技术研究所,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学微波与天线技术研究所,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学微波与天线技术研究所,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TN773.4射频爆磁压缩发生器(Radio frequencies explosive magnetic flux compression generator，RF MFCG)是一种将化学能转化为电磁能的紧凑型电磁脉冲产生及辐射装置［1—3］。

输出能量70 kJ脉宽20 μs的爆磁压缩发生器

输出能量70 kJ脉宽20 μs的爆磁压缩发生器刘伟;孙奇志;刘正芬;池原;戴文峰【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2009(21)11【摘要】A two-stage helical explosive magnetic flux compression generator (type 08 MFCG) is described in this paper. The generator design parameters were obtained from calculation by computation code BCYSSYS for HEMO pulsed-power source based on equivalent circuit. Experimental results show that, type 08 MFCG can output pulse current up to 220 kA and energy up to 72 kJ on 3 μH inductance load within the effective pulse duration of 21 μs, and the experimental results are compared with the calculated ones, which demonstrates the feasibility of the code BCYSSYS for generator design.%利用等效电路模型下的螺线圈型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS,通过参数选择,设计了一种两级螺线圈型爆磁压缩发生器(08型),并进行了电感性负载实验.该发生器在输入2 kJ的初始能量条件下,能在3 μH电感性负载上输出220 kA的电流,输出能量72 kJ,有效脉宽约21 μs,并将实验与计算结果进行了比较,验证了等效电路模型程序用于该类型发生器参数设计的实用性.【总页数】3页(P1734-1736)【作者】刘伟;孙奇志;刘正芬;池原;戴文峰【作者单位】中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900【正文语种】中文【中图分类】TN245【相关文献】1.医用菲力普SL75—20加速器高能X线和电子线输出剂量与能量… [J], 窦绍宇;吴大可2.碳纤维阴极对输出脉宽及能量的影响 [J], 邓潘;刘列;文建春3.输出能量20kJ,脉宽10μs的爆磁压缩电流发生器实验研究 [J], 孙奇志;龚兴根;谢卫平;刘正芬;戴文峰;池原;付嵩4.铝氧比对CL-20基含铝炸药水下能量输出结构的影响 [J], 孙晓乐;万力伦;杨琢钧;刘平;彭继武;刘海伦5.黑石公司利用3D打印固态电池成本节省70%、能量密度提升20% [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

射频电磁场辐射抗扰度试验系统的研制的开题报告

射频电磁场辐射抗扰度试验系统的研制的开题报告一、研究背景和意义随着现代通信技术和电子设备的不断发展和普及，射频电磁场辐射对人类和环境的影响越来越受到关注。

在现实生活中，人们经常处于各种不同频率、不同强度的电磁辐射中，如手机、电视、电脑、微波炉等，同时各种电子设备互相干扰也越来越严重。

因此，对于电子设备的抗扰度性能检测和评估显得极为重要。

射频电磁场辐射试验（Electromagnetic compatibility testing，EMC）是评估电子设备的抗扰度性能的一种测试方法。

EMC试验旨在评估电子设备在特定的电磁场环境下能否正常工作，同时评估电磁场环境对其它电子设备和周围的环境产生的电磁辐射影响。

目前国内外已经出现了许多EMC试验设备和方法，但是一些试验设备价格昂贵，限制了部分小企业和科研机构对电子设备的EMC测试需求。

因此，本项目旨在研发一种成本低廉、简单易用、适用范围广的EMC试验设备，为小企业和科研机构提供更加灵活、方便的抗扰度测试解决方案。

二、研究内容和技术路线本项目拟研制的射频电磁场辐射抗扰度试验系统包括电磁场发射源、辐射室、辐射接收探头、测试设备和试验软件等组成部分。

其主要技术路线如下：（1）电磁场发射源设计和制作：采用变频调控技术，通过改变输出频率和输出功率的方式，实现对射频信号的调制和辐射。

（2）辐射室设计和制作：采用金属屏蔽隔离技术，制作具有良好防干扰和辐射保护特性的测试环境。

（3）辐射接收探头设计和制作：采用现代电路设计方法和材料技术，设计一种高灵敏度、高稳定性、低噪声的接收探头。

（4）测试设备选型和组装：根据不同的测试需求，选用不同的测试设备，并将其与发射源、辐射接收探头等设备组装在一起，实现EMC测试。

（5）试验软件开发：开发一款易用、功能全面的试验软件，可以实现试验参数设置、试验控制和数据处理等功能。

三、预期成果和应用价值本项目预期在3年内完成射频电磁场辐射抗扰度试验系统的研制和开发，并取得以下成果：（1）研制出一种适用范围广、成本低廉、简单易用的EMC测试系统；（2）开发出一款易用、功能全面的试验软件；（3）拥有多项EMC测试技术和专利。