一種帶有重入結(jié)構(gòu)的脈沖形成線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種帶有重入結(jié)構(gòu)的脈沖形成線，在相同長(zhǎng) 度條件下輸出的脈沖寬度能夠達(dá)到傳統(tǒng)脈沖形成線的兩倍。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖功率技術(shù)是一門研究在相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間里儲(chǔ)存能量，然后經(jīng)過快速壓縮、轉(zhuǎn)換， 最后釋放給負(fù)載的新興科學(xué)技術(shù)，研究的對(duì)象是，電壓在10 4~10 7V，電流103~10 7安培， 脈寬10 5~10 1(]秒，脈沖功率大于10 6w的高功率脈沖的產(chǎn)生與應(yīng)用。
[0003] 在脈沖功率裝置中，如果要獲得前沿快、頂部平坦的高壓脈沖，一般需要使用脈沖 形成線，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同有同軸線、帶狀線等等，能夠得到的脈沖寬度與脈沖形成線長(zhǎng) 度和絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)的平方根成正比，為脈沖形成線傳輸時(shí)間的兩倍。若希望獲得較 寬脈沖但又不希望脈沖形成裝置很長(zhǎng)的情況下，通常采用螺旋線、高介電常數(shù)介質(zhì)形成線、 固體絕緣卷繞帶狀線和脈沖形成網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，這些技術(shù)都在特定條件下具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，也 都有各自的不足，螺旋線，卷繞帶狀線很難獲得兆伏以上電壓，同時(shí)輸出波形質(zhì)量不高，脈 沖形成網(wǎng)絡(luò)輸出脈沖前沿很慢，高介電常數(shù)介質(zhì)如去離子水雖然可以獲得較長(zhǎng)脈沖輸出， 但很難高重復(fù)頻率工作。
[0004] 在要求輸出電壓為MV量級(jí)、重復(fù)頻率數(shù)十至百赫茲、同時(shí)要求輸出脈沖有較快前 沿和較好的平頂度方面，一般使用氣體和變壓器油絕緣的單筒或雙筒脈沖形成線。圖1為 目前使用最為廣泛的單筒脈沖形成線原理結(jié)構(gòu)圖，現(xiàn)有金屬圓筒1為脈沖形成線外筒，現(xiàn) 有金屬圓筒2為脈沖形成線內(nèi)筒，開關(guān)3 -般為氣體火花開關(guān)，導(dǎo)通速度為納秒量級(jí)，負(fù)載 4 一般為大功率電阻、真空二極管或輻射天線，圖中箭頭為脈沖傳輸方向。脈沖形成線在填 充高壓絕緣氣體或變壓器油的情況下，輸出脈沖寬度與脈沖形成線長(zhǎng)度之比分別為6. 7ns/ m和10ns/m，若要求輸出脈沖寬度為100ns的高壓脈沖，要求脈沖形成線長(zhǎng)度分別為10米 和15m，系統(tǒng)龐大，工程難度很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是在輸出相同脈沖寬度的條件下縮短脈沖形成線長(zhǎng)度，或者在相同 脈沖形成線長(zhǎng)度條件下獲得更寬的輸出脈沖，介紹了一種帶有重入結(jié)構(gòu)的脈沖形成線，在 輸出相同脈沖寬度的條件下長(zhǎng)度僅為傳統(tǒng)脈沖形成線的一半，下文簡(jiǎn)稱為重入線。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)一種帶有重入結(jié)構(gòu)的脈沖形成線，其特征在于，包括重 入形成線段5、開關(guān)段6和負(fù)載段7 ;所述重入形成線段5包括外筒10、中筒11、內(nèi)筒12和 絕緣物質(zhì)；外筒10和中筒11、中筒11和內(nèi)筒12相互嵌套，且中筒11和內(nèi)筒12分別通過 絕緣支撐板與外筒10固連；中筒11和內(nèi)筒12在一端互相連接，中筒（11)的另一端不連接 (開路），內(nèi)筒12的另一端與陰極14連接；外筒10、中筒11、內(nèi)筒12三者同軸；外筒10和 中筒11之間、中筒11和內(nèi)筒12之間均設(shè)有絕緣物質(zhì)，且外筒10、中筒11和兩者之間的絕 緣物質(zhì)構(gòu)成外線，中筒11、內(nèi)筒12和兩者之間的絕緣物質(zhì)構(gòu)成內(nèi)線，外線和內(nèi)線的電長(zhǎng)度 相等，外線和內(nèi)線的波阻抗相等；重入形成線段5開口端與開關(guān)段6同軸連接；開關(guān)段6與 負(fù)載段7相連接。
[0007] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述負(fù)載段7包括負(fù)載17和負(fù)載外筒18。
[0008] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述開關(guān)段6包括開關(guān)陰極14、開關(guān)陽極16和開關(guān) 外筒15 ;開關(guān)陰極14與內(nèi)筒12開口端連接，開關(guān)陽極16與負(fù)載17 -端連接，負(fù)載17另 一端連接于負(fù)載外筒18內(nèi)壁上，且負(fù)載外筒18罩在開關(guān)外筒15上；負(fù)載17的匹配阻抗為 外線和內(nèi)線的波阻抗之和；所述開關(guān)段6和負(fù)載段7內(nèi)填充有氣體。
[0009] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述絕緣物質(zhì)為高壓絕緣氣體或變壓器油。
[0010] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述連接均為電接觸連接。
[0011] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述重入形成線段5中的外筒10為兩端開口狀，且 所述重入形成線段5還包括后蓋8,其與外筒10未與開關(guān)段6相連接的一端通過法蘭電接 觸連接。
[0012] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述中筒11和內(nèi)筒12連接端為一體化加工或相互 電接觸連接。
[0013] 發(fā)明效果
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明的重入形成線段為一體化同軸結(jié)構(gòu)，包含了 3個(gè) 套在一起的金屬圓筒，構(gòu)成了 2個(gè)波阻抗相等的脈沖形成線（外線和內(nèi)線），使得本發(fā)明的 輸出脈沖寬度達(dá)到傳統(tǒng)脈沖形成線的2倍。為實(shí)現(xiàn)所需的輸出脈寬，本發(fā)明的脈沖形成線 長(zhǎng)度為傳統(tǒng)脈沖形成線的1/2。本發(fā)明的匹配輸出阻抗為外線波阻抗的2倍，在此條件下能 量傳輸效率最高。
【附圖說明】
[0015] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單筒脈沖形成線原理結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖；.
[0017] 附圖標(biāo)記說明：1 一現(xiàn)有金屬外筒；2-現(xiàn)有金屬內(nèi)筒；3-開關(guān)；4一現(xiàn)有負(fù)載；5- 重入形成線段；6-開關(guān)段；7-負(fù)載段；8-后蓋；9 一中筒絕緣支撐板；10-外筒；11 一中 筒；12-內(nèi)筒；13-內(nèi)筒絕緣支撐板；14 一陰極；15-開關(guān)外筒；16-陽極；17-負(fù)載；18- 負(fù)載外筒；19 一左界面；20-右界面。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
[0019] 參見圖1 一圖2,本發(fā)明包括重入脈沖形成線段5、開關(guān)段6與負(fù)載段7。
[0020] 所述的重入形成線段5,由三個(gè)金屬圓筒和絕緣填充介質(zhì)組成，三個(gè)同軸金屬圓筒 包括外筒10,中筒11和內(nèi)筒12,三個(gè)金屬圓筒為套在一起的一體化同軸結(jié)構(gòu)，外筒10左端 和后蓋8通過法蘭電接觸連接，外筒10右端和開關(guān)外筒15左端通過法蘭電接觸連接，中筒 11左端和內(nèi)筒12左端電接觸連接或直接一體化加工，和后蓋8不連接，中筒11右端開路 (不連接），內(nèi)筒8右端與開關(guān)陰極14電接觸連接，絕緣介質(zhì)可以為高壓絕緣氣體或變壓器 油。中筒11靠中筒絕緣支撐板9同軸安裝于外筒10內(nèi)，內(nèi)筒12靠?jī)?nèi)筒絕緣支撐板13同 軸安裝于外筒10內(nèi)。
[0021] 所述的重入形成線段5,包含2個(gè)脈沖形成線，外筒10、中筒11和兩者之間填充的 絕緣介質(zhì)構(gòu)成外線。中筒11、內(nèi)筒12和兩者之間的填充絕緣介質(zhì)構(gòu)成內(nèi)線。外線和內(nèi)線的 電長(zhǎng)度（即電磁波傳輸?shù)臅r(shí)間）相等，外線和內(nèi)線的波阻抗相等。
[0022] 所述的主開關(guān)段6,包括開關(guān)外筒15、陰極14、陽極16和填充的開關(guān)氣體介質(zhì)組 成。開關(guān)外筒15的左端通過法蘭與外筒10右端電接觸連接，另一端通過法蘭與負(fù)載外筒 18左端電接觸連接。陰極14和陽極16組成主開關(guān)的兩個(gè)電極，其間隙距離由主開關(guān)的具 體工作條件（間隙電壓、開關(guān)氣體、場(chǎng)增強(qiáng)等）確定，陰極14與內(nèi)筒12右端電接觸連接，陽 極16與負(fù)載17電接觸連接。
[0023] 所述的負(fù)載段7,包括負(fù)載17和負(fù)載外筒18兩部分。負(fù)載外筒18的左端通過法 蘭與開關(guān)外筒15電接觸連接，右端與負(fù)載17電接觸連接。負(fù)載17的另一端與陽極16電 接觸連接。負(fù)載17的匹配阻抗（即負(fù)載輸出功率最大時(shí)）為重入形成線段5的外線和內(nèi) 線波阻抗之和。
[0024] 外筒10接地，在充電過程外線充電至所需高電壓，通過開關(guān)陰陽極閉合對(duì)負(fù)載17 放電。匹配負(fù)載上得到的輸出電壓幅值為形成線充電電壓的一半，輸出脈寬為外線和內(nèi)線 電長(zhǎng)度的4倍，而傳統(tǒng)的單同軸形成線輸出脈寬為形成線電長(zhǎng)度的2倍，即此結(jié)構(gòu)使輸出脈 沖寬度增大為原來的2倍。
[0025] 對(duì)本發(fā)明脈沖形成過程的工作原理作進(jìn)一步描述：假設(shè)重入形成線段5外線與內(nèi) 線的波阻抗分別為2 :與Z2，電長(zhǎng)度均為t，負(fù)載17阻抗為R，形成線外線的充電電壓U。，Zp 厶及t的計(jì)算方法見（1)、（2)、（3)式。
[0029] 其中\(zhòng)為重入線填充介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，七為外筒10內(nèi)徑，d2為中筒11外徑， d3為中筒11內(nèi)徑，d4為內(nèi)筒12外徑，1為外線與內(nèi)線的軸向長(zhǎng)度，c為真空中光速。本發(fā) 明要求Z1=Z2，負(fù)載17阻抗R= 2Z1= 2Z2。假設(shè)中筒11左端所在平面為左界面19,中筒 11右端所在平面為右界面20,重入線的波傳輸過程如下：
[0030] 1)外線充電至U。后開關(guān)閉合。t= 0時(shí)刻開關(guān)閉合，在右界面20產(chǎn)生的幅值為 UQ/2的透射電壓波傳輸?shù)狡ヅ湄?fù)載17上；在右界面20產(chǎn)生的反射波（幅度_1]。/2) -半向 外
[0031] 線傳輸，一半向內(nèi)線傳輸，幅值均為-U(j/4。
[0032] 2)0〈t〈T的波傳輸過程。
[0033] t= 0時(shí)刻離開右界面20向外線傳輸?shù)碾妷翰ǎǚ萠UQ/4)，在t=t時(shí)刻抵 達(dá)左界面19,外線充電電壓變?yōu)?1