本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種軸向引出雙極板卷繞脈沖形成線。

背景技術(shù)：

脈沖形成線是脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生高壓脈沖的主要技術(shù)單元，脈沖形成線的小型化是脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。介質(zhì)薄膜的工作電壓高，儲能密度大，采用介質(zhì)薄膜作為儲能介質(zhì)的脈沖形成線具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊的特點，其中，基于多層介質(zhì)薄膜的卷繞帶狀線為三電極結(jié)構(gòu)，其高壓電極包裹于內(nèi)外兩個低壓電極之間，卷繞電磁泄漏較少，輸出波形質(zhì)量高。但是它還存在一些問題，一方面，卷繞帶狀線具有兩個低壓電極，因此電極引出端處理困難、引出連接電感大，且連接處為絕緣薄弱環(huán)節(jié)。國防專利(zl201428002698.1)提出了一種同軸引出薄膜介質(zhì)卷繞帶狀線結(jié)構(gòu)，將卷繞帶狀線與一個同軸電極相連，可將帶狀線角向傳輸?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換的同軸方向傳輸，克服了帶狀線引出電感較大的問題，但是同軸電極本身體積重量較大，導(dǎo)致形成線整體的儲能密度相對較低，不利于進(jìn)一步縮小形成線的體積重量。論文(繞制方法對卷繞型帶狀脈沖形成線輸出特性的影響)介紹了一種基于兩極板的卷繞帶狀線結(jié)構(gòu)，由兩個極板和兩層絕緣介質(zhì)卷繞而成，在兩極板的一端進(jìn)行輸出，一定程度上對三電極卷繞帶狀線進(jìn)行了簡化，其缺點為：第一，該結(jié)構(gòu)本身不構(gòu)成一個完備的帶狀線結(jié)構(gòu)，不能產(chǎn)生理想方波；第二，為單點引出，如從同側(cè)引出則絕緣難度大，從兩側(cè)引出則引出電感大。因此，其輸出波形質(zhì)量有待提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種輸出波形質(zhì)量較高的雙極板卷繞脈沖形成線。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種軸向引出雙極板卷繞脈沖形成線，所述脈沖形成線主體由兩層極板和兩層介質(zhì)同時以阿基米德螺旋線的方式卷繞而成，從內(nèi)到外依次為高壓極板、內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)、低壓極板、外側(cè)絕緣介質(zhì)，其中高壓極板和低壓極板的位置可以互換；

上述高壓極板、內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)、低壓極板、外側(cè)絕緣介質(zhì)以阿基米德螺旋線的方式卷繞n圈，高壓極板和低壓極板第一圈分別通過高壓引出箔和低壓引出箔實現(xiàn)軸向兩側(cè)引出，形成一個由同軸引出結(jié)構(gòu)和n-1圈完備的帶狀線組成的脈沖形成線。

進(jìn)一步，高壓極板和低壓極板為厚度大于兩倍趨膚深度的金屬箔；內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)和外側(cè)絕緣介質(zhì)厚度和寬度相同，均由多層介質(zhì)薄膜層疊而成，其厚度與寬度由要求的工作電場和阻抗決定。

進(jìn)一步，以權(quán)力要求1所述的脈沖形成線為基本單元，在徑向依次卷繞多個基本單元，通過每個基本單元的同一側(cè)引出箔并聯(lián)實現(xiàn)多個脈沖形成線單元在徑向的并聯(lián)，從而獲得更高的脈沖方波輸出電流。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下特點：

1、本發(fā)明卷繞型脈沖形成線采用兩電極卷繞，第一圈向軸向兩側(cè)引出，形成一個由同軸引出結(jié)構(gòu)和n-1圈完備的帶狀線組成的脈沖形成線，輸出波形質(zhì)量較好，與三極板卷繞帶狀線相比，結(jié)構(gòu)更加簡單。

2、本發(fā)明卷繞型脈沖形成線第一圈從側(cè)面兩側(cè)引出，構(gòu)成一個同軸輸出結(jié)構(gòu)，其回路電感小，輸出脈沖前沿快，且高低壓電極分別從兩側(cè)引出，便于高壓絕緣。

3、本發(fā)明卷繞型脈沖形成線由兩個電極卷繞而成，方便在徑向?qū)崿F(xiàn)多個形成線單元的并聯(lián)，獲得能夠產(chǎn)生更高電壓或更大電流的脈沖形成線。

附圖說明

圖1為本發(fā)明軸向引出雙極板卷繞脈沖形成線原理圖。

圖2為本發(fā)明中高壓極板采用露箔式引出結(jié)構(gòu)時的展開示意圖。

圖3為本發(fā)明中高壓極板采用隱箔式引出結(jié)構(gòu)時的展開示意圖。

圖4為本發(fā)明軸向引出雙極板卷繞脈沖形成線示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例中脈沖形成線的放電脈沖波形圖。

1-高壓極板，2-內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)，3-低壓極板，4-外側(cè)絕緣介質(zhì)，5-低壓引出箔，6-高壓引出箔，7-同軸引出結(jié)構(gòu)，8-第一圈帶狀線，9-第二圈帶狀線，10-第三圈帶狀線，11-絕緣支撐，12-高壓側(cè)板，13-低壓側(cè)板

具體實施方式

一種軸向引出雙極板卷繞脈沖形成線，如圖1所示，主體由兩層極板和兩層介質(zhì)同時以阿基米德螺旋線的方式卷繞而成，從內(nèi)到外依次為高壓極板1、內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2、低壓極板3、外側(cè)絕緣介質(zhì)4；

高壓極板1和低壓極板3為厚度較薄的金屬箔，其厚度由形成脈沖在該金屬內(nèi)的趨膚深度決定，要求兩者厚度大于兩倍趨膚深度，也就是說高壓極板1和低壓極板3為厚度大于兩倍趨膚深度的金屬箔；其中高壓極板1和低壓極板2的位置可以互換。

內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2和外側(cè)絕緣介質(zhì)4厚度和寬度相同，均由多層介質(zhì)薄膜層疊而成，其厚度與寬度由要求的工作電場和阻抗決定。

上述高壓極板1、內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2、低壓極板3、外側(cè)絕緣介質(zhì)4為一個整體，以阿基米德螺旋線的方式卷繞n圈，圖示n＝4，為了實現(xiàn)軸向同軸輸出，要求其第一圈電極通過低壓引出箔5和高壓引出箔6從軸向兩側(cè)引出，其中低壓引出箔5與低壓極板2電連接，高壓引出箔6與高壓極板1電連接。也就是說高壓極板1和低壓極板3第一圈分別通過高壓引出箔6和低壓引出箔5實現(xiàn)軸向兩側(cè)引出，形成一個由同軸引出結(jié)構(gòu)7和n-1圈完備的帶狀線組成的脈沖形成線。

借鑒箔式電容器結(jié)構(gòu)，引出方式可以采用露箔式引出和隱箔式引出。圖2和圖3分別給出了高壓極板1采用露箔式引出和隱箔式引出兩種引出結(jié)構(gòu)時的展開示意圖，采用露箔式引出時，要求高壓引出箔6一整圈向側(cè)面引出，采用隱箔式引出時，要求在高壓電極1一圈的若干個等分點上搭接一定寬度的引出箔6，圖三所示中，從側(cè)面一圈引出了6個引出箔。低壓極板2類似，僅引出方向相反。

實用的軸向引出雙極板卷繞脈沖形成線如圖4所示，將上述高壓極板1、內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2、低壓極板3、外側(cè)絕緣介質(zhì)4四層結(jié)構(gòu)脈沖形成線，按照阿基米德螺旋線的方式卷繞在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高的絕緣支撐11上，因為四層結(jié)構(gòu)共涉及多層薄膜和兩個金屬極板，為方便卷繞，需要借助多軸卷繞機(jī)進(jìn)行卷繞。卷繞機(jī)包含多個從動卷繞和一個主動卷軸組成，從動卷繞上放置卷繞的的金屬極板和組成絕緣介質(zhì)的多層薄膜，其中兩層金屬極板各放置在一個從動卷繞上，組成內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2和外側(cè)絕緣介質(zhì)4的多層薄膜安裝在在多個從動卷繞上，要求每個從動卷軸上的膜層總厚度不超過0.1mm。安裝在在從動卷軸上的金屬極板和所有薄膜通過主動卷軸的轉(zhuǎn)動卷繞到固定于主動卷軸上的絕緣支撐11上。卷繞時，首先，將組成內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2和外側(cè)絕緣介質(zhì)4的薄膜的端頭固定在絕緣支撐11上，并卷繞一圈。然后，將高壓極板1和低壓極板3的端頭固定，使得兩個極板之間的薄膜厚度為絕緣介質(zhì)層的厚度。卷繞形成線的有效長度從高壓極板1的起頭位置計起。在卷繞高壓極板1和低壓極板2第一圈的同時，要求將高壓引出箔6和低壓引出箔5放好，以隱箔式引出為例。在高壓極板1和低壓極板3第一圈的6等分位置，放置側(cè)面引出箔，要求高壓引出箔6與低壓引出箔的引出方向相反。完成第一圈后，順勢再卷繞n-1圈卷繞(n>2)，然后將高壓極板1和低壓極板3剪斷，再將所有薄膜整體卷繞一圈，再依次剪斷所有薄膜，用膠帶固定端頭。卷繞完成后，將高壓引出箔6與高壓側(cè)板12相連，將低壓引出箔5與低壓側(cè)板13相連。高壓側(cè)板12和低壓側(cè)板13即是脈沖形成線的高低壓電極，當(dāng)脈沖形成線放電時，由于形成線第一圈六個引出點電勢相同，儲存其中的能量沿軸向放出，減少了引出電感；此后的n-1圈組成了n-1圈的帶狀線，帶狀線放電脈沖首先入射到第一圈，再變換到軸向輸出，由于帶狀線阻抗與第一圈軸向引出結(jié)構(gòu)阻抗基本匹配，因此注入反射小，可以形成波形質(zhì)量較好放電脈沖。

脈沖形成線的工作電壓、特性阻抗和放電脈沖寬度參數(shù)如下確定，如圖4所示，高壓極板1和低壓極板3的寬度為w0，內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2和外側(cè)絕緣介質(zhì)的厚度為d1，寬度為w1，則w0、d1分別為帶狀線的電極寬度和介質(zhì)厚度，可以根據(jù)電磁場理論得到帶狀線的特性阻抗，該阻抗即為脈沖形成線的特性阻抗；w1、d1由脈沖形成線的工作電壓決定，應(yīng)確保在該電壓下不發(fā)生擊穿。脈沖形成線的電容可由電磁場理論計算得出，也可利用rlc儀直接測量得到。脈沖形成線的放電脈寬即為其特性阻抗與電容乘積的2倍。

以該脈沖形成線為基礎(chǔ)單元，在徑向依次卷繞多個基本單元，通過每個基本單元的同一側(cè)引出箔并聯(lián)實現(xiàn)多個脈沖形成線單元在徑向的并聯(lián)，從而獲得更高的脈沖方波輸出電流。以三級并聯(lián)為例。

三級并聯(lián)實現(xiàn)方法：按照前述脈沖形成線卷繞方法，在徑向依次卷繞完成三個阻抗、脈沖長度相同的脈沖形成單元，要求相鄰脈沖形成單元的兩極板的位置相反，即位于最內(nèi)側(cè)脈沖形成單元順序為高壓極板1、內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2、低壓極板3、外側(cè)絕緣介質(zhì)4，則位于次內(nèi)側(cè)脈沖形成單元順序為低壓極板1、內(nèi)側(cè)絕緣介質(zhì)2、高壓極板3、外側(cè)絕緣介質(zhì)4，要求三個單元的低壓引出箔5和高壓引出箔6分別從同一側(cè)引出，并分別與其所在側(cè)的金屬側(cè)板電接觸，從而實現(xiàn)了三個單元的并聯(lián)。

設(shè)計了一個工作電壓為70kv、特性阻抗為3ω、電長度為25ns的軸向引出雙極板卷繞脈沖形成線，絕緣支撐11材料為聚酰亞胺，其絕緣厚度d2＝10mm，外直徑d1＝200mm，兩金屬極板厚度d0＝0.05mm，寬度為w0＝40mm，絕緣介質(zhì)層厚度d1＝1mm，由100層厚度為10μm的聚丙烯薄膜層疊而成，其寬度w1＝80mm。低壓引出箔5和高壓引出箔6的厚度d2＝0.03mm，寬度w2＝60mm，一周引出6個點，低壓側(cè)板12和高壓側(cè)板13的最大外徑d2＝280mm。以高壓極板1長度為準(zhǔn)，卷繞4圈。利用電磁仿真軟件進(jìn)行場路協(xié)同仿真，得到該脈沖形成線的放電脈沖波形如圖5所示，其脈沖前沿僅為5ns，脈沖寬度25ns，平頂波動較小。