射頻爆磁壓縮發生器的高性能輻射機制研究

《射頻爆磁壓縮發生器的高性能輻射機制研究》是依託哈爾濱工業大學，由李紅梅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：射頻爆磁壓縮發生器的高性能輻射機制研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李紅梅

項目摘要

電磁脈衝武器具有重要的軍事套用價值，小型化和實用化是其發展的主要趨勢。射頻爆磁壓縮發生器作為一次性電磁脈衝產生和輻射的小型化裝置，由於其固有的結構特點，導致其產生的大部分能量都集中在較低的頻段內，同時輻射效率也很低，使得其作為電磁脈衝武器的實用化面臨著亟待突破的瓶頸。針對這一問題，本項目將首先深入研究射頻爆磁壓縮發生器產生和輻射電磁脈衝的機理，採用等效電路分析方法結合數值計算，探求裝置的理論研究模型，對其實驗及性能改進提供必要的指導。在此基礎上探索裝置實現窄脈衝的工作機制，研究高性能輻射的有效途徑，提出滿足實際需求的高效輻射天線，最終實現為射頻爆磁壓縮發生器的實用化提供有效的解決方案。

結題摘要

項目已按照研究計畫完成全部研究內容。 通過對電磁脈衝產生機理的研究，提出了射頻爆磁壓縮發生器的理論研究模型，包括等效電路模型和微分方程、能量轉換關係、動態電感和動態電阻計算模型以及裝置所產生電磁脈衝參數與裝置的結構參數及材料特性參數的關係。動態電阻數值計算模型考慮了定子線圈產生輻射的事實，通過求解圓柱型導線一維磁場擴散問題得到了定子線圈電阻的較準確結果。數值模擬結果與國外實驗數據的對比表明了該電阻模型在理論上更加接近射頻爆磁壓縮發生器的實際運行情況。克服了目前採用電阻的近似數學模型對射頻爆磁壓縮發生器進行等效電路分析所帶來的偏差，因而能更準確地預測射頻爆磁壓縮發生器的行為。動態電感算模型考慮了定子線圈三維效應和電樞表面鏡像電流分布，這些模型的準確性對射頻爆磁壓縮發生器的等效電路分析結果至關重要。 建立了射頻爆磁壓縮發生器的PSpice動態參數模型，通過該模型對裝置產生的電磁脈衝頻譜進行研究，提出了裝置實現窄脈衝的兩種工作機制：機制一中定子線圈採用分段分時工作，它在保證發生器的能量、功率及其它參數要求的前提下，使發生器的載波頻率增大，提高了信號頻譜中的高頻分量。Pspice仿真結果表明，如果定子線圈的螺距均勻，當把定子線圈平均分成n段時,可使系統工作頻率提高n1/2倍。機制二通過在天線迴路中設計轉換開關壓縮脈衝，實現了頻譜向高頻段的遷移。同時採用耦合方式為天線饋電，可實現振盪電路與天線的匹配。 通過對裝置輻射特性的研究，提出了一種超寬頻盤錐天線，該天線可與射頻爆磁壓縮發生器共形，不僅解決了輻射效率的問題，同時滿足了射頻爆磁壓縮發生器對天線的各方面性能指標及結構尺寸小型化的要求。為了與射頻爆磁壓縮發生器共形，可採用帶有地板的振子天線，該振子為筒狀結構，與發生器同軸放置且置於發生器的外部。但是由於振子天線是一種諧振天線，屬於窄帶天線，不適合輻射射頻爆磁壓縮發生器所產生的寬頻帶脈衝信號。為此提出將振子天線靠近地板的一段設計成錐形，從而使其具有盤錐天線的寬頻帶特性。該天線可以看成是錐底做了延長處理的盤錐天線，既能與射頻爆磁壓縮發生器共形，又具有寬頻帶特性。該天線採用耦合方式饋電，即輻射天線的饋電線圈與射頻爆磁壓縮發生器定子線圈進行耦合。天線的饋電線圈與射頻爆磁壓縮發生器的定子線圈以及天線都是同軸放置，饋電線圈置於定子線圈的外部以及天線的內，同樣滿足與發生器共形。