PW级Ｚ箍缩驱动源指数传输线的电路模拟

 采用PSPICE软件,以PW级Z箍缩驱动源指数传输线为例,模拟分析了用有限多段分段阶跃变阻抗传输线序列模拟连续指数变阻抗传输线时,直角波、半周期正弦、全周期正弦平方等入射脉冲的电压和功率传输效率与分段数以及脉冲参数的关系,并计算了水电阻率对功率传输效率的影响。模拟结果表明：直角波波头的电压和功率传输效率随分段数增大而迅速趋近于理想传输线变压器的值;但对于非直角波入射脉冲而言,分段数并非越多越好,而是存在一个与传输线电长度和输入脉冲波前时间相应的最佳值;随着水电阻率下降,功率传输效率加速降低。     

声阻抗转换器的研究

描述不均匀传输线中的声反射系数可以归结为求解一种非线性微分方程（Riccati方程），本文探索一条寻找此类方程解析解的新方法，并利用此方法研究了声阻抗转换器，从而大大拓宽了声阻抗转换器阻抗分布的研究范围，作为例子，本文提出了几种阻抗变换形式，并把它们的功率传输效率与已有的均匀及指数型转换器作比较，计算结果表明：当转换器两端与传输介质的阻抗跃变很大时，某些阻抗转换器的传输效率比均匀及指数型转换器高得多．     

开关振荡器特性阻抗选取对输出波形影响

开关振荡器是宽带高功率电磁脉冲的重要产生方式之一,以开关激励同轴振荡器为例,采用理论计算和电磁仿真为主要手段,从传输线特性阻抗与开关振荡器储能、传输线特性阻抗与天线阻抗关系及传输线特性阻抗和开关导通阻抗关系三个方面进行了研究。研究结果表明:传输线阻抗越小,振荡器储能越高;天线阻抗与传输线阻抗比值越大,输出信号品质因数越大,频谱上能量越集中,带宽越小,能量效率随比值增大呈现先增大后减小趋势;传输线特性阻抗很小时,开关阻抗对输出振荡信号影响增大,此时随特性阻抗减小,输出信号中心频率降低,品质因数减小,频谱上能量分散,带宽较宽。     

同轴型变阻抗线传输特性的电磁场与电路仿真比较

利用CST微波工作室软件对新一代Z箍缩驱动装置中变阻抗传输线部分进行了三维电磁场仿真,建立了同轴型指数线模型,在外导体内半径保持100mm不变、输入端特性阻抗0.203Ω、输出端特性阻抗2.16Ω、输入角频率14×106 rad/s的半正弦脉冲TEM波的情况下,发现传输过程中会产生少量非TEM模,线的尺寸变化越剧烈,产生的非TEM模能量越多。在传输线足够长的情况下,电磁场仿真得到的电压传输效率与电路仿真结果相差不到1%,因此可以用电路仿真结果代替电磁场仿真。     

平板型阶跃式变阻抗线特性

介绍了变阻抗线的工作原理,给出了类Blumlein线结构变阻抗线的倍压特性,变阻抗线能够实现能量的完全传输,输出电压为输入电压的(n+1)/2倍;以平板结构为例研究了变阻抗线中的阻抗偏差问题:传输线实际阻抗较理论设计值偏大,各级的偏差基本在20%以内;通过电磁仿真研究了三级类Blumlein线结构变阻抗线中各级阻抗偏差对于倍压系数的影响,在阻抗偏差范围内,倍压系数随着阻抗的增大而减小,倍压系数在1.9~2.1范围内,给出倍压系数受各级阻抗偏差的影响规律;设计了三级类Blumlein线结构平板传输线进行实验,输出电压为3833 V,与理论设计相符。     

指数型径向阻抗变换器功率传输效率的优化设计

 利用解析方法和电路模拟方法研究了阻抗变换器功率传输效率的优化设计。电路计算中,采用了脉冲上升沿等效的正半周正弦波作为输入波形的假设,并忽略了水介质能量损失的影响。首先对比了线性、饱和型变化和陡变型变化3种典型阻抗的功率和能量传输效率,分析讨论了影响指数型阻抗变换器功率传输效率的关键影响因素,并得到了功率传输效率最大化的中间参数和符合系数的参数范围。讨论了实际设计中应注意的绝缘安全系数的结构设计、杂散参数对阻抗计算的影响、水介质能量损失等问题。     

光导开关Blumlein型脉冲网络电压传输效率

为了在高阻负载上获得高效率的重复频率平顶高压脉冲输出,开展了影响基于光导开关的Blumlein型脉冲形成网络电压传输效率因素的初步实验研究。以陶瓷电容、铝条和GaAs光导开关构成全固态Blumlein型脉冲形成网络（BPFN）,采用气体间隙进行了设计参数的验证实验,在匹配负载上研究了光导开关工作场强、激光触发能量与BPFN电压转换效率的关系。设计的BPFN阻抗7.8 ,电长度32.6 ns,实验表明光导开关较高的导通电阻是影响PCSS-BPFN电压传输效率的主要因素。当触发激光能量30.4 mJ,工作场强25.1 kV/cm时,获得电压效率83.2%,相应最小导通电阻1.89 ;在触发激光能量3.5 mJ时,为了使阻抗为7.8 的BPFN在匹配负载上达到75%以上电压传输效率,应至少使光导开关工作场强为25.1 kV/cm,相应最小导通电阻2.88 。     

传输线充电技术实现高功率亚纳秒电磁脉冲调制

 分析比较了阻抗匹配和失配情况下传输线充电的原理和波过程。分析结果表明：失配情况下的最大优点是能够实现脉冲功率增益。应用阻抗为27 W、长度为540 mm传输线为充电传输线和长度分别为30,45,60 mm、阻抗均为5 W传输线为被充电传输线进行了对比试验。实验结果表明：在距离辐射天线6 m处，输出辐射场强随低阻抗传输线长度增加而略有增加，最大辐射场强为49 kV/m,考虑气体开关的实际能量损耗，这与理论分析的充电电压和功率增益关系相吻合；长度为45 mm的5 W被充电传输线的输出脉冲前沿约210 ps,幅度约为150 kV。     

脉冲功率传输线传输效率的分析与计算

 基于脉冲功率系统磁绝缘传输线的时域仿真结果,分析了磁绝缘建立过程中不同阶段电极间的电子产生的能量损失特性;提出了造成能量损失的因素,包括损失的电子和磁绝缘的电子;给出了影响能量损失大小的因素,包括传输线的线长、半径比和加载脉冲的最大电压、电压的时间变化率等。通过分析不同脉冲功率波形作用下各传输阶段能量损失的起因、大小和影响因素,提出了依据极间的电子分布状态划分传输阶段,及对传输线的总效率分阶段计算的传输效率模型,给出了基于已知的传输效率数值模拟结果对不同阶段的损耗估算并最终估算传输效率的方法。     

超宽带TEM天线的数值模拟

 用数值方法研究了超宽带电磁脉冲源经同轴型传输线输出到TEM天线上的发射问题。TEM喇叭天线的前端是平行板传输线。用时域有限差分方法模拟了超宽带电磁脉冲在平行板传输线和TEM波喇叭中的传输,给出了天线的输入阻抗和电压驻波比随频率的变化关系、天线的辐射场分布以及天线辐射的能量方向图等。     

托卡马克等离子体电流爬升阶段逃逸电子行为

分析了电流爬升阶段等离子体密度和电流爬升率对逃逸电子行为的影响,研究了低杂波辅助电流驱动条件下的逃逸电子辐射行为。结果发现:电流爬升阶段等离子体密度的大小严重影响了电流爬升阶段甚至电流平顶阶段逃逸电子的行为,较低的等离子体密度将会导致放电过程中比较强的逃逸电子辐射;低能逃逸电子辐射随着电流爬升率的增大而增强;低杂波辅助电流爬升可以有效地节约装置的伏秒数;降低放电过程中的环电压,可有效抑制逃逸电子的产生。     

基于等阻抗差分段法的变阻抗线电路模拟

新型Z箍缩驱动源系统采用变阻抗线结构形式的径向阻抗变换器进行能量传递和变换,为了获得最大的能量效率,需要应用电路模拟方法研究变阻抗线传递功率的特性。采用了等阻抗差分段法对变阻抗线进行了建模计算,与以往的等长度分段方法比较,在相同的分段数量下,等阻抗差分段法在阻抗变化的连续性上优于等长度分段法。给出了具有指数形式的变阻抗线的算例,分别采用两种分段法进行了计算,对计算结果的比较表明:等阻抗差分段法可以使计算更快地收敛到真实解。     

Matching impedance of a nonuniform transmission line: application to cochlear modeling

A generalization of the concept of characteristic impedance to nonuniform transmission lines leads to an impedance having a local character. This matching impedance depends on the solution of the transmission line equations, and cannot generally be obtained in analytical form. However, when the propagation properties of the line vary only slowly (as is the case in cochlear macromechanics), a convenient analytical approximation of the matching impedance can be derived by means of the Liouville-Green method.     

New types of complex torsional angle transformers based on hyperbolic secant taper

1.IntroductionThemaximumoutputofatransformeramplitudeislimitedbythefatigueofthema-tCrialusedlll.Ifthesurfaceshearstressofatorsionaltransformer,T,isuniformalongtheaxis,inotherwords,themaximumpointofsurfaccshearstrcssisincxistent,ti.ea1lowab1coutputpowcrofthetorsionaltransformerwillenormouslyincrease.Insomecasesinwhichveryhigh-intcnsitytorsiona1ultrasonicpowerisrequired,theywil1benecessaries.Forthispurpose,wederivedthenewtypeoftorsionalangletransformer-quartcr-wavelcngthhypcrbolicsccanttaper.T…     

传输线变压器匹配和响应特性的实验研究

针对传统变压器的局限,提出采用柔韧性好的同轴电缆和高导磁率的铁基非晶磁性材料绕制的1∶4阻抗变换的传输线变压器（TLTs）作为输出变换装置,并进行相关的实验研究。根据传输线理论及波的折反射分析了实际工程中的最佳匹配条件以及实际情况中阻抗失配引起的波形畸变;给出了磁芯材料对脉冲的响应分析。实验结果表明:TLTs对输出脉冲的响应良好,改善了波形前沿,减小了能量损耗,且与理论值具有较好的一致性。     

传输线脉冲变压器次级线电感的优化设计

 建立并分析了传输线脉冲变压器的基本电路模型,采用优化次级线电感参数的方法,有效地提高了次级线的阻抗,达到了抑制次级线对输出结果影响的目的。在此基础上,分析并讨论了2种典型的传输线脉冲变压器拓扑结构,在一般情况下,推导了二者输出脉冲电压幅值的计算公式,优化了各次级线电感大小的设计。结果表明,级间无耦合结构从第二级开始电感逐级增加,第n级次级线上电感的最优大小为第二级的(n-1)倍;级间有耦合结构中同一磁芯引起的各次级线电感大小应相同。最后,比较了各类结构的输出,指出级间有耦合结构所需磁芯量最少。     

Engineering Design Method of Energy Coupler and Impedance Transformer for Millimeter Wave Tubes

The engineering design method of heliz-waveguide and rectangular coupled cavitiy-waveguide energy coupler employed in millimeter wave tubes is described. Experiments show that, the former has broadband matching character )VSWR is less than 2 at 26 - 40GHz). And the later has small reflection (VSWR is less than 1.5 at 34-37.5 GHz). Optimum design method of multi-section and linear taper waveguide impedance transformer is also given in this paper. These impedance transformers can operate at wide frequency range in microwave and millimeter wave band. The design method and examples of couplers and impedance transformers can be referred for tube designers.