一種雙極性tem微波諧振發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙極性TEM微波諧振發(fā)生器，將單極性直流脈沖(高斯波、方波或三角波)信號(hào)轉(zhuǎn)化生成雙極性類阻尼振蕩TEM波并向天線系統(tǒng)傳輸?shù)陌l(fā)生器。該發(fā)生器可直接激勵(lì)天線在電磁脈沖輻射效應(yīng)研究中作為電磁信號(hào)發(fā)生裝置，將電號(hào)轉(zhuǎn)化成寬帶電磁信號(hào)。本發(fā)明的雙極性TEM波諧振發(fā)生器可將單極性的高壓脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成雙極性電磁振蕩傳輸向天線系統(tǒng)。發(fā)生器具有使用靈活，方便，安全，試驗(yàn)成本低，可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)?？蓪?shí)際應(yīng)用于各種高功率電脈沖研究等多領(lǐng)域，作為系統(tǒng)的電磁脈沖發(fā)生器使用。
【專利說(shuō)明】一種雙極性TEM微波諧振發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于諧振發(fā)生器，具體涉及一種雙極性TEM微波諧振發(fā)生器。

【背景技術(shù)】
[0002] 雖然微波發(fā)生和傳輸技術(shù)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，但具體應(yīng)用于脈沖功率技術(shù)和高功 率微波技術(shù)中作為一種電磁脈沖形成設(shè)備，由于尺寸限制，功率容量和耐高壓擊穿的苛刻 要求，特別地，對(duì)于雙極性TEM波諧振發(fā)生器的設(shè)計(jì)是具有一定難度的。
[0003] 目前在實(shí)驗(yàn)中傳播電磁信號(hào)的形式有同軸傳輸線，平板傳輸線，帶狀傳輸線，螺旋 傳輸線和錐形變阻抗線等。這幾種形式雖然都能用來(lái)導(dǎo)行電磁波，但是或多或少都存在一 些缺點(diǎn)。比如平行板和帶狀線能夠均勻產(chǎn)生傳輸電磁信號(hào)，然而在邊沿處會(huì)有寄生耦合和 邊沿電場(chǎng)；螺旋傳輸線形式對(duì)試制實(shí)物的誤差要求較小，雖然能比較準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)和仿真 的結(jié)果，但較長(zhǎng)的傳輸延時(shí)確實(shí)難以避免的，而且螺旋匝之間的電擊穿也會(huì)給實(shí)際工作帶 來(lái)不穩(wěn)定性；漸變傳輸線設(shè)計(jì)時(shí)可以較好地實(shí)現(xiàn)與天線系統(tǒng)的阻抗匹配，但是在生產(chǎn)試制 過(guò)程中內(nèi)外徑稍有變化就會(huì)難以忽略的畸變，而且設(shè)計(jì)過(guò)程中也很難將單極性信號(hào)轉(zhuǎn)化雙 極性信號(hào)。因此，在發(fā)生器設(shè)計(jì)過(guò)程中要避免下列問(wèn)題：
[0004] ?邊沿處的寄生參數(shù)和邊沿電場(chǎng)
[0005] ?過(guò)高的特性阻抗
[0006] ?較多的色散和較長(zhǎng)的傳輸延時(shí)
[0007] ?發(fā)生器內(nèi)部的電擊穿
[0008] 這些問(wèn)題如果不能有效地避免或者優(yōu)化將會(huì)對(duì)發(fā)生器的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的影響，進(jìn) 而無(wú)法在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有效測(cè)到輻射場(chǎng)強(qiáng)，甚至?xí)?duì)實(shí)驗(yàn)人員產(chǎn)生一定的輻射危害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種雙極性TEM微波諧振發(fā)生器，解 決實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H工作要求，規(guī)避了邊沿寄生電參數(shù)和色散等諸多問(wèn)題。該發(fā)生器可以將 輸入的單極性脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)化為雙極性電磁脈沖信號(hào)，其具有成本低、可重復(fù)使用、通用性 強(qiáng)、使用方便安全等優(yōu)點(diǎn)。
[0011] 技術(shù)方案
[0012] 一種雙極性TEM微波諧振發(fā)生器，其特征在于包括短路面1、內(nèi)導(dǎo)體電極2、外導(dǎo)體 3、半圓弧形電容極板4、尼龍板6、固定法蘭7、第一氣體開(kāi)關(guān)9和金屬管10 ;內(nèi)導(dǎo)體電極2 為圓柱型鋼板，內(nèi)導(dǎo)體電極2通過(guò)短路面1和固定法蘭7固定在內(nèi)導(dǎo)體電極2的軸心，內(nèi)導(dǎo) 體電極2上設(shè)有內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12,內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12上設(shè)有氣孔，內(nèi)導(dǎo)體電極2位于固 定法蘭7設(shè)有氣孔并與內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12上的氣孔聯(lián)通；半圓弧形電容極板4位于內(nèi)導(dǎo)體 電極凸頭12的下方，與內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12相對(duì)的部位設(shè)有電極凸頭11，電極凸頭11上設(shè) 有氣孔；1塊尼龍板6在兩個(gè)電極凸頭相對(duì)的部位，以圍繞形成的圓柱結(jié)構(gòu)固定在半圓弧形 電容極板4和外導(dǎo)體3之間，形成一個(gè)密閉的第二氣體開(kāi)關(guān)的空腔；第一氣體開(kāi)關(guān)9為也圓 柱型結(jié)構(gòu)，固定在短路面1上，第一氣體開(kāi)關(guān)9圓柱的兩端設(shè)有兩個(gè)電極8,其中一側(cè)的電極 上設(shè)有氣孔，該氣孔通過(guò)帶通孔的金屬管10與電極凸頭11上的氣孔聯(lián)通，形成內(nèi)導(dǎo)體電極 2的氣孔通過(guò)第二氣體開(kāi)關(guān)的空腔與第一氣體開(kāi)關(guān)9的空腔聯(lián)通。
[0013] 所述第一氣體開(kāi)關(guān)9的圓柱型鋼板外側(cè)設(shè)有絕緣尼龍。
[0014] 內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12與半圓弧形電容極板4的電極凸頭11之間的放電間隙為4? 6mm 〇
[0015] 第一氣體開(kāi)關(guān)9圓柱的兩端的電極8之間的放電間隙為4?6mm。
[0016] 有益效果
[0017] 本發(fā)明提出的一種雙極性TEM微波諧振發(fā)生器，將單極性直流脈沖（高斯波、方 波或三角波）信號(hào)轉(zhuǎn)化生成雙極性類阻尼振蕩TEM波并向天線系統(tǒng)傳輸?shù)陌l(fā)生器。該發(fā)生 器可直接激勵(lì)天線在電磁脈沖輻射效應(yīng)研究中作為電磁信號(hào)發(fā)生裝置，將電號(hào)轉(zhuǎn)化成寬帶 電磁信號(hào)。
[0018] 本發(fā)明有益效果：能夠傳輸TEM波的同軸結(jié)構(gòu)無(wú)臨界頻率，因而沒(méi)有與橫截面尺 寸有關(guān)的截止頻率限制。同軸線具有一系列優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)所需要阻抗的必要性，圓柱的對(duì)稱 性，高的功率容量，充入變壓器油后耐壓效果尤為明顯。設(shè)計(jì)中另一個(gè)重點(diǎn)為，如何將同軸 線過(guò)渡到天線且匹配較好。因而將內(nèi)導(dǎo)體設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀，同時(shí)將外導(dǎo)體內(nèi)外徑設(shè)計(jì)為漸變， 這樣就滿足了阻抗匹配的要求。在仿真時(shí)，選擇對(duì)數(shù)周期天線連接發(fā)生器，在天線最大輻射 方向上，遠(yuǎn)場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)如圖5,可看出地場(chǎng)強(qiáng)度按雙極性類阻尼振蕩TEM波。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1發(fā)生器2-D結(jié)構(gòu)圖
[0020] 圖2發(fā)生器C-C剖面示意圖
[0021] 圖中：短路面1、內(nèi)導(dǎo)體電極2、外導(dǎo)體3、半圓弧形電容極板4、絕緣尼龍5、尼龍板 6、固定法蘭7、電極8、第一氣體開(kāi)關(guān)9、金屬管10、電極凸頭11、內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12。
[0022] 圖3三角波電壓輸入信號(hào)圖
[0023] 圖4雙極性電壓輸出信號(hào)圖
[0024] 圖5帶天線遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)數(shù)仿真數(shù)值圖

【具體實(shí)施方式】
[0025] 現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0026] 本發(fā)明實(shí)施例如圖1所示，包括短路面1、內(nèi)導(dǎo)體電極2、外導(dǎo)體3、半圓弧形電容 極板4、尼龍板6、固定法蘭7、第一氣體開(kāi)關(guān)9和金屬管10 ;內(nèi)導(dǎo)體電極2為圓柱型鋼板， 內(nèi)導(dǎo)體電極2通過(guò)短路面1和固定法蘭7固定在內(nèi)導(dǎo)體電極2的軸心，內(nèi)導(dǎo)體電極2上設(shè) 有內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12,內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12上設(shè)有氣孔，內(nèi)導(dǎo)體電極2位于固定法蘭7設(shè)有 氣孔并與內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12上的氣孔聯(lián)通；半圓弧形電容極板4位于內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12 的下方，與內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭12相對(duì)的部位設(shè)有電極凸頭11，兩個(gè)電極凸頭之間的放電間隙 為4?6_。電極凸頭11上設(shè)有氣孔；1塊尼龍板6在兩個(gè)電極凸頭相對(duì)的部位，以圍繞形 成的圓柱結(jié)構(gòu)固定在半圓弧形電容極板4和外導(dǎo)體3之間，形成一個(gè)密閉的第二氣體開(kāi)關(guān) 的空腔；第一氣體開(kāi)關(guān)9為也圓柱型結(jié)構(gòu)，圓柱型結(jié)構(gòu)采用圓柱型鋼板，且外側(cè)設(shè)有絕緣尼 龍。第一氣體開(kāi)關(guān)9固定在短路面1上，第一氣體開(kāi)關(guān)9圓柱的兩端設(shè)有兩個(gè)電極8,兩個(gè) 電極8之間的放電間隙為4?6mm。第一氣體開(kāi)關(guān)9圓柱其中一側(cè)的電極上設(shè)有氣孔，該氣 孔通過(guò)帶通孔的金屬管10與電極凸頭11上的氣孔聯(lián)通，形成內(nèi)導(dǎo)體電極2的氣孔通過(guò)第 二氣體開(kāi)關(guān)的空腔與第一氣體開(kāi)關(guān)9的空腔聯(lián)通。第一氣體開(kāi)關(guān)9的
[0027] 本發(fā)明的工作原理：第二級(jí)氣體開(kāi)關(guān)的氣體由通孔與第一級(jí)氣體開(kāi)關(guān)相接；臺(tái)階 狀內(nèi)導(dǎo)體為半徑變化的圓柱體，由短路面和固定法蘭固定于外導(dǎo)體正中，其內(nèi)部通孔與第 二級(jí)氣體開(kāi)關(guān)連通。充氣時(shí)，氣管與內(nèi)導(dǎo)體通孔連接，則氣體依次充入第二級(jí)與第一級(jí)氣體 開(kāi)關(guān)。
[0028] 本發(fā)明的輸入信號(hào)波形可為高斯波、三角波或方波。兩級(jí)氣體開(kāi)關(guān)的主要作用是 將脈沖信號(hào)上升沿的陡化。其中第二極開(kāi)關(guān)放電將直流電信號(hào)饋入同軸內(nèi)導(dǎo)體上，短路面 和同軸傳輸線部分實(shí)現(xiàn)信號(hào)極性的翻轉(zhuǎn)延時(shí)和傳輸。對(duì)于氣體開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)最重要考慮兩 點(diǎn)：較低的電感和較低的負(fù)載損耗。饋入的脈沖能量變換為一定時(shí)間內(nèi)一定頻譜和功率特 性的高頻信號(hào)能量的裝置稱為波發(fā)生器（短路面與傳輸線構(gòu)成）。其中脈沖信號(hào)是借助 于第二級(jí)氣體開(kāi)關(guān)放電，并在腔體內(nèi)激勵(lì)振蕩而后由反射面反射形成的雙極性電磁脈沖信 號(hào)。通過(guò)在仿真時(shí)腔體內(nèi)設(shè)置的探針可以很明顯的發(fā)現(xiàn)輸入信號(hào)為單極性三角波時(shí)輸出 信號(hào)為雙極性脈沖信號(hào)，如圖4,圖5所不。
[0029] 當(dāng)饋電脈沖送到第一級(jí)氣體開(kāi)關(guān)時(shí)，放電器完成工作，同時(shí)完成對(duì)第二級(jí)開(kāi)關(guān)的 電容版充電，待第二節(jié)開(kāi)關(guān)電容充電完成之后，擊穿放電。放電器中充滿了壓縮的六氟化硫 氣體或者六氟化硫與氮?dú)獾幕旌蠚怏w，并處于可確保擊穿的較大的氣體壓力下。由于有預(yù) 先銳化，較小的電容值和放電間隙，同時(shí)具備高的擊穿電壓，因此放電器激勵(lì)電流具有足夠 短的脈沖前沿，從而在同軸諧振腔中有效地激勵(lì)起電磁振蕩。擊穿六氟化硫氣體放電產(chǎn)生 單極性脈沖饋入諧振腔內(nèi)導(dǎo)體，經(jīng)短路面反射后產(chǎn)生雙極性信號(hào)，并向天線系統(tǒng)方向傳播。
[0030] 本發(fā)明的雙極性TEM波諧振發(fā)生器可將單極性的高壓脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成雙極性電 磁振蕩傳輸向天線系統(tǒng)。發(fā)生器具有使用靈活，方便，安全，試驗(yàn)成本低，可重復(fù)使用等優(yōu) 點(diǎn)?？蓪?shí)際應(yīng)用于各種高功率電脈沖研究等多領(lǐng)域，作為系統(tǒng)的電磁脈沖發(fā)生器使用。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙極性TEM微波諧振發(fā)生器，其特征在于包括短路面（1)、內(nèi)導(dǎo)體電極（2)、外 導(dǎo)體（3)、半圓弧形電容極板（4)、尼龍板￠)、固定法蘭（7)、第一氣體開(kāi)關(guān)（9)和金屬管 (10);內(nèi)導(dǎo)體電極⑵為圓柱型鋼板，內(nèi)導(dǎo)體電極⑵通過(guò)短路面（1和固定法蘭（7固定 在內(nèi)導(dǎo)體電極（2)的軸心，內(nèi)導(dǎo)體電極（2)上設(shè)有內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭（12)，內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭 (12)上設(shè)有氣孔，內(nèi)導(dǎo)體電極⑵位于固定法蘭（7)設(shè)有氣孔并與內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭（12)上 的氣孔聯(lián)通；半圓弧形電容極板（4)位于內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭（12)的下方，與內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭 (12)相對(duì)的部位設(shè)有電極凸頭（11)，電極凸頭（11)上設(shè)有氣孔；尼龍板（6)在兩個(gè)電極凸 頭相對(duì)的部位，圍繞成圓柱結(jié)構(gòu)固定在半圓弧形電容極板（4)和外導(dǎo)體（3)之間，形成一個(gè) 密閉的第二氣體開(kāi)關(guān)的空腔；第一氣體開(kāi)關(guān)（9)為也圓柱型結(jié)構(gòu)，固定在短路面（1)上，第 一氣體開(kāi)關(guān)（9圓柱的兩端設(shè)有兩個(gè)電極（8)，其中一側(cè)的電極上設(shè)有氣孔，該氣孔通過(guò)帶 通孔的金屬管（10)與電極凸頭（11)上的氣孔聯(lián)通，形成內(nèi)導(dǎo)體電極（2)的氣孔通過(guò)第二 氣體開(kāi)關(guān)的空腔與第一氣體開(kāi)關(guān)（9)的空腔聯(lián)通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙極性TEM微波諧振發(fā)生器，其特征在于：所述第一氣體開(kāi)關(guān) (9)的圓柱型鋼板外側(cè)設(shè)有絕緣尼龍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙極性TEM微波諧振發(fā)生器，其特征在于：內(nèi)導(dǎo)體電極凸頭 (12)與半圓弧形電容極板（4)的電極凸頭（11)之間的放電間隙為4?6mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙極性TEM微波諧振發(fā)生器，其特征在于：第一氣體開(kāi)關(guān)（9)圓 柱的兩端電極（8)之間的放電間隙為4?6mm。
【文檔編號(hào)】H01P7/00GK104103885SQ201410219816
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】趙程光, 何鵬軍, 荊曉鵬, 茹偉, 金兆鑫, 閆自讓, 王彥, 王亞杰, 張帆, 蔣丹 申請(qǐng)人:西安電子工程研究所