【摘要】：高功率微波技术的发展对脉冲功率系统的长脉冲输出和紧凑化提出了迫切的需求。同轴螺旋Blumlein线能够在不增加形成线体积的前提下实现长脉冲输出,在长脉冲驱动源中得到了广泛的应用。针对仅中筒螺旋同轴Blumlein线输出波形上升沿被拉长、平顶性差的问题,课题开展波形优化技术研究,着重对同轴螺旋Blumlein线进行理论分析和场路协同仿真,探索提高螺旋Blumlein线输出波形质量的方法,同时对不同螺旋形式Blumlein线进行了验证实验研究,并根据理论研究结果对一台螺旋Blumlein线强流电子束加速器进行了改造,取得了良好的效果。论文的工作主要包含以下几个方面:1.推导了同轴Blumlein线放电波过程及负载输出电压波形与内外线阻抗之间的关系;提出了寄生传输线是导致仅中筒螺旋Blumlein线输出波形质量变差的原因;指出了内外线阻抗不相等,是造成开关在内线和外线时,同轴螺旋Blumlein线输出波形差异较大的主要原因。2.采用CST场路协同仿真,研究了不同螺旋结构的Blumlein线的输出特性。当Blumlein线仅中筒螺旋时,内外筒之间的寄生传输线会引起输出脉冲前沿变长,且寄生传输线的传输时间为非螺旋线的传输时间;通过设计中筒内筒螺旋结构,可显著改善仅中筒螺旋结构输出波形的质量;当内筒外筒螺旋时,若开关在外线,为屏蔽电磁辐射而在形成线外加屏蔽筒会导致负载输出波形畸变,在屏蔽筒与螺旋外筒中间填充低介电常数材料可减小畸变,若开关在内线,屏蔽筒的存在仅对输出波形的后沿有较小的影响。对不同螺旋结构的Blumlein线,内外线阻抗相同时,开关无论在内线还是外线,负载输出脉冲相同。3.开展了开关分别在内线和外线、不同结构螺旋Blumlein线的验证实验。开关在外线时,采用中筒螺旋5.5匝、内筒螺旋20匝结构的Blumlein线,能够输出上升沿45 ns、平顶94 ns、脉宽139 ns的准方波脉冲,与仅中筒螺旋5.5匝相比,波形改进明显;内筒外筒螺旋Blumlein线外加屏蔽筒时会造成输出脉宽缩短、脉冲波形畸变。由于内线阻抗大于外线阻抗,所以开关在外线时主脉冲后会出现反射脉冲;开关在内线时会出现主脉冲后沿拖尾。4.根据理论研究结果,对本单位原仅中筒螺旋Blumlein线强流电子束加速器实施了改进,将原非螺旋内筒改为螺旋内筒,匝数为5.1,得到半高宽205 ns,上升沿55 ns,平顶130 ns的准方波脉冲,显著提高了输出脉冲波形质量。
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【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN78
【参考文献】
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1 梁川;螺旋型脉冲形成线和压力水介质基础性实验研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年
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2442981
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