铁氧体同轴传输线脉冲锐化特性的研究
【图文】：
?根据式（1）中所呈现的反比关系，铁氧体相对磁导率的变化直接影响了脉冲前沿传播相速度的变化。随着高电压脉冲沿着传输线传播，电压幅度逐渐增加，铁氧体也随之逐渐励磁，使得磁导率降低，波速增快。于是在铁氧体传输线中，脉冲前沿的每一个断面都有着自己的传播速度[2]，其在传播过程中不断“变形”，整体来看便有脉冲前沿的尾部“赶上了”脉冲前沿头部，使得脉冲前沿被压缩，实现锐化效果。当铁氧体全部达到饱和状态之后，脉冲前沿各点的波速便不会再发生变化。2.2传输线理论填充铁氧体的同轴传输线结构如图1所示。（a）传输线结构（b）传输线剖面结构图1铁氧体填充同轴传输线结构及其横截面Fig.1Structureandcross-sectionviewoftheferrite-filledtransmissionline忽略铁氧体与介质之间的空隙，传输线单位长度电容和电感为00o12io2lnlnCdDddεεεπ=+（2）()()0o012iilnln2dDLIIddμμμ=+π（3）在式（3）中，铁氧体相对磁导率是关于电流的函数。传输线特征阻抗即为()000LIZC=（4）
[15]θ00ddddddVIMLbztt=+μ（9）式中，b为铁氧体的径向半径（m）；θdMdt为磁矩圆周分量随时间的变化量。由此可见，铁氧体径向半径变量b也影响着脉冲前沿的“形变”。3仿真本实验使用软件COMSOLMultiphysics中的RF模块进行仿真。铁氧体内外半径分别为3mm和6.4mm。尺寸规格见表1。材料的非线性磁导率函表1铁氧体传输线尺寸规格Tab.1Thesizeofferrite-filledtransmissionline传输线传输线长度/mm内径/mm外径/mm磁心厚度/mm饱和阻抗/ΩLine11403103.450.4Line21403126.151.1数由图2定义。输入端与输出端的负载阻抗设置成50Ω以匹配传输线阻抗，，并在传输线的两个端口设置探针对脉冲波形进行监测。图2铁氧体相对磁导率与磁通密度关系函数Fig.2Thefunctionoftherelativepermeabilityversusmagneticfluxdensityforthesimulatedferritematerial脉冲锐化过程中，铁氧体材料在不同时刻相对磁导率的变化如图3所示。自旋饱和前端[3]沿着铁氧体材料传播，将饱和区域留在后面。在饱和区域中脉冲前沿“尾部”的传播速度比不饱和区域中的脉冲前沿“头部”要快得多，以此完成脉冲前沿锐化过程。图3铁氧体不同时刻相对磁导率的对比Fig.3Thecomparisonoftherelativepermeabilityattwodifferenttimes图4为铁氧体传输线仿真的锐化效果示例。脉冲源设置成阶跃函数，电压幅值50kV，脉冲前沿上升时间为1.6ns。传输线输入端的电压波形在一段时间内存在相当大的反射，电压值远大于脉冲源的峰图450kV脉冲仿真波形Fig.4Thesimulationwaveformsofa50kVinputpulse
【作者单位】： 浙江工业大学光纤通信研究所;
【基金】：浙江省自然科学基金资助项目(LY14F050004)
【分类号】：TM277;TM24
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