射频爆磁压缩发生器的高性能辐射机制研究

电磁脉冲武器具有重要的军事应用价值，小型化和实用化是其发展的主要趋势。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，由于其固有的结构特点，导致其产生的大部分能量都集中在较低的频段内，同时辐射效率也很低，使得其作为电磁脉冲武器的实用化面临着亟待突破的瓶颈。针对这一问题，本项目将首先深入研究射频爆磁压缩发生器产生和辐射电磁脉冲的机理，采用等效电路分析方法结合数值计算，探求装置的理论研究模型，对其实验及性能改进提供必要的指导。在此基础上探索装置实现窄脉冲的工作机制，研究高性能辐射的有效途径，提出满足实际需求的高效辐射天线，最终实现为射频爆磁压缩发生器的实用化提供有效的解决方案。

项目已按照研究计划完成全部研究内容。.通过对电磁脉冲产生机理的研究，提出了射频爆磁压缩发生器的理论研究模型，包括等效电路模型和微分方程、能量转换关系、动态电感和动态电阻计算模型以及装置所产生电磁脉冲参数与装置的结构参数及材料特性参数的关系。动态电阻数值计算模型考虑了定子线圈产生辐射的事实，通过求解圆柱型导线一维磁场扩散问题得到了定子线圈电阻的较准确结果。数值模拟结果与国外实验数据的对比表明了该电阻模型在理论上更加接近射频爆磁压缩发生器的实际运行情况。克服了目前采用电阻的近似数学模型对射频爆磁压缩发生器进行等效电路分析所带来的偏差，因而能更准确地预测射频爆磁压缩发生器的行为。动态电感算模型考虑了定子线圈三维效应和电枢表面镜像电流分布，这些模型的准确性对射频爆磁压缩发生器的等效电路分析结果至关重要。.建立了射频爆磁压缩发生器的PSpice动态参数模型，通过该模型对装置产生的电磁脉冲频谱进行研究，提出了装置实现窄脉冲的两种工作机制：机制一中定子线圈采用分段分时工作，它在保证发生器的能量、功率及其它参数要求的前提下，使发生器的载波频率增大，提高了信号频谱中的高频分量。Pspice仿真结果表明，如果定子线圈的螺距均匀，当把定子线圈平均分成n段时,可使系统工作频率提高n1/2倍。机制二通过在天线回路中设计转换开关压缩脉冲，实现了频谱向高频段的迁移。同时采用耦合方式为天线馈电，可实现振荡电路与天线的匹配。.通过对装置辐射特性的研究，提出了一种超宽带盘锥天线，该天线可与射频爆磁压缩发生器共形，不仅解决了辐射效率的问题，同时满足了射频爆磁压缩发生器对天线的各方面性能指标及结构尺寸小型化的要求。为了与射频爆磁压缩发生器共形，可采用带有地板的振子天线，该振子为筒状结构，与发生器同轴放置且置于发生器的外部。但是由于振子天线是一种谐振天线，属于窄带天线，不适合辐射射频爆磁压缩发生器所产生的宽频带脉冲信号。为此提出将振子天线靠近地板的一段设计成锥形，从而使其具有盘锥天线的宽频带特性。该天线可以看成是锥底做了延长处理的盘锥天线，既能与射频爆磁压缩发生器共形，又具有宽频带特性。该天线采用耦合方式馈电，即辐射天线的馈电线圈与射频爆磁压缩发生器定子线圈进行耦合。天线的馈电线圈与射频爆磁压缩发生器的定子线圈以及天线都是同轴放置，馈电线圈置于定子线圈的外部以及天线的内，同样满足与发生器共形。