一種交叉耦合磁飽和非線性傳輸線結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及高功率微波技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種交叉耦合磁飽和非線性傳輸線結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]非線性傳輸線(NLTL)是目前高功率微波(HPM)輻射裝置產(chǎn)生電磁脈沖的有效途徑之一。它利用磁飽和NLTL的非線性和強(qiáng)色散特性，可直接將饋入的高壓長(zhǎng)脈沖轉(zhuǎn)換為射頻脈沖輸出，與傳統(tǒng)的HPM裝置相比優(yōu)勢(shì)在于它無(wú)需驅(qū)動(dòng)電子束、約束磁場(chǎng)系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，同時(shí)還能通過(guò)設(shè)置電感磁芯的初始狀態(tài)調(diào)節(jié)輸出電磁脈沖的中心頻率和相位，從而可以實(shí)現(xiàn)空間功率合成、波束掃描和頻率動(dòng)態(tài)調(diào)整。非線性傳輸線有兩種技術(shù)路線，一種是基于非線性電容，另一種是基于非線性電感。由于基于非線性電感的NLTL，具有體積緊湊、能量效率高、和能夠電調(diào)頻、電調(diào)相等特點(diǎn)。交叉耦合電容的作用是增強(qiáng)NLTL電路的色散作用，可以實(shí)現(xiàn)快起振。
[0003]名稱為“HPM systems based on NLTL technologies” 的文章(IET Conferenceon High Power RF Technologies, 2009: 548)公開了一種交叉親合磁飽和非線性傳輸線原理性框圖，如圖1所示。但具體的結(jié)構(gòu)卻未見報(bào)道，也未見有相似結(jié)構(gòu)公開。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)一種合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)具有高功率容量的交叉耦合磁飽和NLTL，實(shí)現(xiàn)利用NLTL產(chǎn)生高功率射頻脈沖輸出。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種交叉耦合磁飽和非線性傳輸線結(jié)構(gòu)，包括同軸矩形外筒、外筒蓋和同軸內(nèi)芯，
[0007]所述矩形外筒與外筒蓋通過(guò)螺釘固定連接為一體且矩形外筒內(nèi)為密封空間，所述同軸內(nèi)芯設(shè)置在矩形外筒內(nèi)，且在矩形外筒內(nèi)填充有變壓器油，變壓器油的高壓擊穿電壓不小于40kV，
[0008]所述同軸內(nèi)芯包括若干個(gè)金屬塊內(nèi)芯、陶瓷介質(zhì)塊和導(dǎo)體桿，金屬塊對(duì)稱均勾分布在同軸線的上側(cè)和下側(cè)，同軸線上側(cè)與下側(cè)的金屬塊在同軸垂直線上錯(cuò)位設(shè)置，
[0009]從同軸內(nèi)芯的輸入到輸出，導(dǎo)體桿依次連接在同軸線上側(cè)與下側(cè)的金屬塊之間，同軸線上側(cè)或下側(cè)的金屬塊與金屬塊之間設(shè)置有陶瓷介質(zhì)塊，
[0010]所述導(dǎo)體桿外表套有絕緣有機(jī)玻璃管，玻璃管的外表面套有鐵氧體磁芯，
[0011]所述金屬塊內(nèi)芯與同軸矩形外筒的內(nèi)壁不接觸。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述外筒蓋上設(shè)置有氣孔，氣孔貫穿外筒蓋，氣孔上設(shè)置有孔塞。
[0013]在上述技術(shù)方案中，通過(guò)氣孔向密封好的同軸矩形外筒內(nèi)注入I至2個(gè)大氣壓力的SF6氣體。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述導(dǎo)體桿、玻璃管、鐵氧體磁芯均為圓柱形，且三者連接。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述陶瓷介質(zhì)塊對(duì)立的兩側(cè)面上設(shè)置有凹槽，金屬塊內(nèi)芯的一端插入一個(gè)陶瓷介質(zhì)的一個(gè)凹槽內(nèi)。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述金屬塊內(nèi)芯和圓柱導(dǎo)體桿的最大尺寸小于P波段和L波段波長(zhǎng)的十分之一。
[0017]本實(shí)用新型的工作原理是:當(dāng)輸入的高功率脈沖通過(guò)時(shí)，在NLTL中產(chǎn)生兩個(gè)并行過(guò)程，首先是非線性過(guò)程:高壓脈沖電流穿過(guò)NLTL單元環(huán)型鐵氧體磁芯，鐵氧體磁芯迅速由非飽和狀態(tài)磁化為飽和狀態(tài)(飽和電感L)，使饋入脈沖的前沿產(chǎn)生突變的沖擊波前；第二個(gè)過(guò)程色散過(guò)程:由矩形同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)芯金屬塊、陶瓷介質(zhì)和矩形同軸結(jié)構(gòu)外壁構(gòu)成的電容C和由環(huán)形鐵氧體磁芯構(gòu)的飽和電感以及由兩相鄰矩形同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)芯金屬塊以及中間的陶瓷介質(zhì)構(gòu)成的交叉耦合電容C’共同構(gòu)成的具有交叉耦合電容的人工傳輸線電路(交叉耦合電容的作用是增加色散作用)，具有獨(dú)特色散關(guān)系，形成的沖擊波前在這一人工線中傳輸時(shí)，激勵(lì)出的振蕩電磁脈沖群速Vg低于階躍前沿傳播速度Vs，能量逐漸以振蕩電磁波形式往脈沖后沿蔓延，在沿NLTL傳輸過(guò)程中調(diào)制出高頻電磁脈沖。為了實(shí)現(xiàn)高功率容量，整個(gè)NLTL同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)充變壓器油實(shí)驗(yàn)高功率容量。
[0018]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:利用本實(shí)用新型可以構(gòu)建出具有高功率容量的交叉耦合磁飽和非線性傳輸線具體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高功率射頻脈沖的產(chǎn)生，解決利用非線性傳輸線產(chǎn)生高功率微波的技術(shù)難題。
【附圖說(shuō)明】
[0019]本實(shí)用新型將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
[0020]圖1是交叉耦合磁飽和NLTL原理框圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0022]圖3是圖2的A-A’視圖；
[0023]圖4是NLTL結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)電容C結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是NLTL結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)間交叉耦合電容C’結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是NLTL結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)電感結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7是高功率交充叉耦合磁飽和NLTL設(shè)計(jì)實(shí)例示意圖；
[0027]圖8是NLTL饋入脈沖；
[0028]圖9是NLTL產(chǎn)生的射頻脈沖；
[0029]圖10是NLTL產(chǎn)生的射頻脈沖頻譜；
[0030]其中:1是矩形同軸結(jié)構(gòu)外筒；2是金屬塊內(nèi)芯；3是陶瓷介質(zhì)塊；4是圓柱導(dǎo)體桿；5是絕緣有機(jī)玻璃管；6是環(huán)形鐵氧體磁芯；7是變壓器油。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖1 所不，該圖為名稱為“HPM systems based on NLTL technologies”的文章(IET Conference on High Power RF Technologies, 2009: 548)公開的一種交叉親合磁飽和非線性傳輸線原理性框圖，從該文公開以來(lái)一直未見相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)或設(shè)備公開。
[0032]本實(shí)用新型是在上述公開的文章基礎(chǔ)上通過(guò)矩形同軸線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建出交叉耦合磁飽和非線性傳輸線所要求的電容、電感和交叉耦合電容，實(shí)現(xiàn)交叉耦合磁飽和非線性傳輸線電路。
[0033]本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，主要由下述幾個(gè)部分組成:矩形同軸結(jié)構(gòu)外筒、金屬塊內(nèi)芯、陶瓷介質(zhì)塊、圓柱導(dǎo)體桿、絕緣有機(jī)玻璃管、環(huán)形鐵氧體磁芯、絕緣變壓器油介質(zhì)。本實(shí)用新型的交叉耦合磁飽非線性傳輸線可以工作在P和L波段。高功率脈沖信號(hào)從NLTL—端饋入后，脈沖在經(jīng)過(guò)非線性和色散作用，最終實(shí)現(xiàn)高功率射頻脈沖的產(chǎn)生。
[0034]具體實(shí)施采用以下設(shè)計(jì):
[0035]I )高功率容量設(shè)計(jì)
[0036]為提高功率容量在滿足電路性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)通過(guò)數(shù)值模擬找出最大場(chǎng)強(qiáng)結(jié)構(gòu)位置，通過(guò)尖角倒圓等措施降低電場(chǎng)強(qiáng)度。在陶瓷介質(zhì)材料選取時(shí)，應(yīng)選用無(wú)雜質(zhì)和孔縫