卫星互联网用空间行波管非线性特性模拟

为了研究卫星互联网用空间行波管的非线性特性，本文使用行波管一维大信号模型，结合CST软件计算得到的行波管冷特性参数，基于MATLAB平台编写了数值计算程序。使用所编写的程序，以Ka波段和Q波段的两种空间行波管为模型，计算其调幅-调幅（AM-AM）和调幅-调相（AM-PM）的主特性，并同时计算了三阶交调失真（IMD3）和噪声功率比（NPR）。分析了输入功率的回退对这两种非线性特性的影响，并与矢量网络分析仪得到的实际测试结果进行了对比，三阶交调的计算结果与实际测试的误差在1dB以内。为高线性度行波管的设计提供模拟工具。     

空间行波管阴极寿命试验研究

空间行波管是卫星通信系统中最重要的功率放大器,必须具有较长的工作寿命。空间行波管的寿命主要受阴极寿命的制约,因此为了保证空间行波管的长期在轨工作,需要开展大量的阴极寿命试验研究,并对阴极寿命进行预测。共投入50支电子枪进行寿命试验,累计进行寿命试验1823080h,最长单管寿命试验时间65411h。基于寿命过程中的逸出功变化,建立了空间行波管阴极寿命预测模型。预测空间行波管阴极在960℃_b（℃_b为亮度温度）支取1A/cm²发射电流密度时寿命超过43年;在980℃_b支取1A/cm²时寿命超过22年;在1000℃_b支取1A/cm²时寿命超过15年。预测结果表明,空间行波管阴极可以满足卫星通信系统应用的长寿命要求。     

飞机红外辐射及大气透过率计算方法

研究了飞机目标的红外辐射特性,以及红外辐射在大气中的辐射衰减特性.根据现有的理论基础以及飞机自身结构特性,将飞机的红外辐射源分为蒙皮、尾喷口和羽流3部分,并提出了3个辐射源在不同波段、不同角度下的红外辐射特性计算方法.根据红外辐射的大气传输特性,采用了不同波长、不同弹目距离下的大气透过率简易计算方法,并将其与Lowtran7进行比较.计算了飞机在不同波段下,经大气衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度.     

基于有限体积法和SNBCK模型的红外辐射特性计算

耦合求解流场、组分浓度场、基于SNBCK模型的气体辐射传输/能量方程以求准确模拟飞行器排气系统气动热力及红外特性.窄带模型参数由HITEMP逐线计算数据库计算得到.通过CO₂4.3μm波段吸收率计算,圆柱炉膛辐射换热特性计算两个算例验证了所采用程序求解辐射传输/能量方程的准确性.最后计算了两种二元喷管的红外特性,结果表明大宽高比二元喷管地面和空中状态红外辐射特性差异巨大.     

LHT40低功率霍尔推力器放电特性试验

为了获得300W级混合励磁模式低功率霍尔推力器的放电特性,采用一套高精度激光微推力测量装置和集成离子流诊断装置获得推力器不同工况下推力、比冲、效率、束流发散角和质量利用效率的变化特性。试验结果表明,推力器的推力、比冲、阳极效率在200～300V存在一个最大值;放电电流、放电电压呈现无阻尼谐波振荡特性,其一阶频率大约4.05kHz。在恒定电场和磁场下,推力器束流离子电流密度呈现双极扩散的结构;阳极流率增大至0.95mg/s时,离子电流密度呈现典型的双峰结构,质量利用效率与质量流率呈现正相关的特性。     

火星空间大尺度电流体系分布特征

在MHD模型基础上, 对火星空间环境的电流分布进行了模拟. 结果表明, 火星空间存在着弓激波电流、磁堆积区电流、电离层电流和磁尾电流. 弓激波电流在激波曲面上均由北向南自成体系, 电流密度在弓激波顶区域较大. 在向阳面磁堆积区边界电流与电离层电流彼此耦合形成完整的回路, 在背阳面磁堆积区边界电流与磁尾中心电流片耦合形成完整的回路.      

周期结构电磁特性在高频真空器件中的应用

作为行波类真空电子器件的核心组件,慢波结构是一种周期结构,其场可以有无限多个模式,每个模式由无穷多个空间谐波构成.每个空间谐波有相应的色散曲线且曲线各段有不同的特性.提出了周期结构色散特性的全维度开发的概念,并以一种可用微电机系统(MEMS)技术加工的折叠波导(FWG)慢波结构为例,对其色散特性进行了分析,利用这些色散特性开展了行波管(TWT)、返波管(BWO)等传统器件的研究工作,同时提出了过模器件、带边振荡器(BO)和谐波放大器(THAT)等新型器件,这些器件的实验研究则以W波段及其以上频率为主,最后给出了突破的关键技术以及测试得到的器件的主要性能.      

W波段多注交错双栅行波放大器的高频特性

提出了一种采用平面线性排列的3个圆形电子注代替平面带状电子注的W波段交错双栅行波放大器微型化慢波高频结构,并重点对其行波传输特性和输入输出耦合特性进行了仿真设计和参数优化.结果表明,这种平面微型化高频结构的行波传输色散特性良好且有很大的工作带宽,所产生的强轴向电场分布非常有利于电子注与高频场的能量交换和相互作用.在保证平面微型结构中圆形注通道直径和带状注通道高度相同的情况下,得到的耦合阻抗是带状注交错双栅慢波高频系统2~3倍,为行波放大器高效率的注波互作用和高功率输出提供了新的研究思路.为了与该交错双栅高频系统相匹配,提出了一种更为简单易行的输入与输出耦合结构,仅采用三周期渐变过渡段就可以实现反射系数S₁₁在较宽频带内低于-20dB的良好结果,更有利于行波放大器未来的工程实现与应用.      

基于物理光学假设的导体表面电流密度误差分析

用物理光学法计算理想导体雷达散射截面过程中,需要基于无限大切平面假设计算表面电流密度.只有对表面比较光滑的电大尺寸目标,该假设才近似满足,而在一般情况下由该方法求得的表面电流密度存在误差.将二维导体圆柱、方柱以及三角柱等构型在不同入射频率、极化下的物理光学表面电流密度与精确解或矩量法结果进行了对比.分析表明:横磁波照射时物理光学法除在顶点处有较大误差外,基本能够正确反映出表面电流密度分布情况.横电波情形下物理光学法难以如实反映照射面和阴影面电流的谐振变化,与入射方向平行的面上表面电流密度也有较大误差.     

基于物理光学假设的导体表面电流密度误差分析

用物理光学法计算理想导体雷达散射截面过程中,需要基于无限大切平面假设计算表面电流密度.只有对表面比较光滑的电大尺寸目标,该假设才近似满足,而在一般情况下由该方法求得的表面电流密度存在误差.将二维导体圆柱、方柱以及三角柱等构型在不同入射频率、极化下的物理光学表面电流密度与精确解或矩量法结果进行了对比.分析表明:横磁波照射时物理光学法除在顶点处有较大误差外,基本能够正确反映出表面电流密度分布情况.横电波情形下物理光学法难以如实反映照射面和阴影面电流的谐振变化,与入射方向平行的面上表面电流密度也有较大误差.     

低轨道航天器高电压太阳电池阵电流泄漏效应分析计算

在一种简化的太阳电池阵结构模型基础上, 利用太阳电池阵电流收集经验模式,基于电流平衡, 建立了一种计算低轨道航天器高电压太阳电池阵在等离子体环境中电流泄漏的方法. 利用该方法, 对高电压太阳电池阵电流泄漏效应与低轨道等离子体环境、电池阵电压、电池阵裸露金属面积的关系进行了分析计算.结果表明, 随着轨道高度增加, 电流泄漏引起的电池阵功率损失迅速下降, 影响最严重的区域为电离层等离子体密度最高的300～400 km高度的轨道区域; 电流泄漏引起的功率损失与太阳电池阵电压呈指数关系, 电压越高功率损失越大; 200 V以下的电池阵功率损耗较小, 远低于电源系统总功率的1%;电流泄漏与太阳电池阵裸露金属导体的表面积呈正比关系, 因此, 通过减少太阳电池阵裸露面积, 可以降低电流泄漏的影响.      

磁层电场仪前端信号处理电路研究

针对磁层稀薄等离子体环境中的电场测量,设计了一种电场仪前端信号处理电路方案.双探针电场仪通过向等离子体输出驱动电流,测量两探针间的电位差,从而测量空间电场的探测仪器.在磁层稀薄等离子体环境下,等离子体阻抗较高,电场仪探针将工作在较高的工作电压上.若探针电压接近或超过电路耐压值,则可能会影响探测结果,甚至损坏电场仪.本文结合低偏置电流的电压跟随方案和反馈悬浮电源控制方案,解决了稀薄等离子体环境中电场测量的弱电流采样和高动态电位处理问题,并采用低噪声元件和特殊电路设计,控制电路噪声.测试结果显示,本方案可使探针适应±100V的悬浮电位,实现150kHz带宽的电场信号测量,且噪声小于14nV·mHz-1/2,满足目前空间电场仪测量精度需求.      

空间粒子探测器中一种微电流测量电路设计

为了实现对空间粒子探测器中弱电流的测量,设计了以I-V变换、电压线性放大、二阶低通滤波和带阻滤波为主要结构的弱电流测量电路。通过I-V变换原理分析,为使电流信号尽量无失真地转变为电压信号,提出了选用高输入阻抗、高准确度的运放来构成I-V变换电路。根据弱电流的特性,从电路结构、参数设计方面,讨论了电路中噪声抑制和隔离的措施,来提高测量电路的性能。以高准确度运算放大器为核心部件,完成整个实际电路。该电路测量范围为10-7A^10-12A,最小可分辨电流为10-13A,响应时间不超过5ms,还具有漂移低、稳定性好以及价格低廉的优点。     

基于宇航用译码器开关时间特性研究

宇航用译码器在满足其基本译码功能正常的基础上，在复杂电气环境使用中，译码器要保证其开关时间参数传输延迟时间及输出转换时间满足使用要求。在复杂电气环境条件下即不同负载以及不同输入电压情况下，对器件各输出引脚的开关时间参数进行了测试，测试结果表明被测试器件传输延迟时间最大值为2.1214μs，输出高低电平转换时间最大值分别为1.6769μs与8.1214μs，被验证器件的开关时间特性参数随输入电压的增加而减小，随负载电容的变大而延长。该开关时间特性的研究为产品设计在复杂电气环境条件下对器件的使用，提供有效的趋势判断与数据支撑。     

会切磁场推力器低频振荡特性

针对会切磁场推力器的低频振荡特性,将推力器的工作模式分为高电流模式和低电流模式,在此基础上研究了低频振荡随工作参数和磁场位形的变化特性,并针对推力系统外回路对低频振荡的影响进行了研究。结果表明,在高质量流量下,随着放电电压的增加,会切磁场推力器的工作模式从高电流模式转换为低电流模式。在高电流模式下,放电电流具有高振幅、低频率的特征,羽流比较模糊,并且电流振荡幅值随着放电电压增大呈先增大后降低的趋势,而对应的振荡频率随着放电电压的增大而增大。在低电流模式下,放电电流具有低振幅、高频率的特征,羽流有两条明显的亮线,并且电流振荡幅值和频率均随放电电压的增大而增大。在不同工况下,随着质量流量增大,放电电流振荡幅值和频率均呈现增大的趋势。研究还发现,外回路中的电阻和电感对低频振荡起到一定的抑制作用,而电容对低频振荡的影响并不明显。     

基于有限元方法的场磨式电场传感器标定装置优化设计

场磨式电场传感器常被用来测量特高压直流(HVDC)输电线路下地面合成电场强度.传统对其标定的方法存在标定装置体积较大、户外标定移动不方便的缺点.针对此问题研究了一种应用于特高压直流输电线路下地面合成电场测量的电场传感器便携式缩尺标定装置.基于有限元方法建立了传感器的三维电场模型,基于该模型对便携式标定装置的尺寸、结构等关键参数做出了模拟分析,在此基础上进行了便携式标定装置的结构参数的优化设计.将便携式缩尺标定装置与标准的标定装置进行了实验比较.仿真及实验结果表明该标定装置能够方便、准确地对场磨式电场传感器进行标定.      

航天器内环境监测的无线传感器网络应用研究

无线接口技术是航天器电子系统技术发展的前沿和热点之一, 具有广泛应用前景. 提出了用于监测航天器内部及其设备环境参数的无线传感器网络设计方案, 详细介绍了构建航天器内无线传感器网络的通信协议、网络架构、软硬件设计方法, 并给出一个将ZigBee Pro技术应用于航天器内的典型设计实例, 以TI公司最新的CC2530芯片和ZigBee协议栈Z-Stack为基础, 用于监测航天器内部及其设备的温度、湿度、电压、电流等参数. 实验证明, 本设计具有低功耗、 传输可靠、网络鲁棒性及组网灵活等优点.      

多层CT用数据采集系统的设计与测试

提出了一种多通道、高密度、高精度数据采集系统的设计方案.采用基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA, Field Programmable Gate Arrays)内嵌软核的体系结构,实现了多通道数据的缓冲、格式转换、乒乓读写等流水操作,解决了多层CT(Computed Tomography)有限扫描时间内数据量大、时序要求严格和数据传输精确性要求高的问题;同时利用高精度电压源和精密电阻模拟了前端输入,设计了基于PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)总线的虚拟仪器,精确测试了设计系统的性能且未额外引入噪声.方案已成功应用于多层CT中,同时也为数据采集提供一种借鉴.      

电负性气体等离子体推力器研究进展

目前广泛应用的电推力器中,大多采用加速单一正离子的方式来获得推力和相应比冲。该加速方式需要增设中和器,对喷射出的正离子进行中和以保持羽流电中性,否则将导致航天器自充电,对其通信和电子器件造成损害,并减弱加速场。为了简化系统结构,延长推力器寿命,提出了一种能够交替加速正、负离子来获得推力的电负性气体等离子体推力器。分析了该推力器的工作原理和加速过程,指明了包括电负性气体种类选取、电子过滤装置设计要求、如何施加周期性栅极偏置电压加速正、负离子以及合理诊断离子数密度等关键技术,为后续研究工作提供了参考。