基于矩形波导阻抗变换器的设计与仿真

阻抗不匹配是微波射频电路设计中的一个重要问题,影响功率传输的大小,严重时可引起微波电路无法正常工作.为了消除反射,提高功率的传输效率,需要在微波组件间插入匹配网络,实现阻抗匹配.本文主要研究的是一种匹配纯电阻负载的阻抗匹配网络,称之为阻抗变换器.本文拟对耦合度C在30 dB左右,方向性D≥20 dB,S₁₁<-20 dB,频带宽±0.2 GHz和中心频率为5.8 GHz的矩形波导定向耦合器,设计一个阶梯式阻抗变换器,使之与BJ70接口匹配.分别设计与研究了四分之一波长阻抗变换器、二项式阻抗变换器和切比雪夫阻抗变换器三种阻抗变换器,总结了三种类型的阻抗变换器的适用场合,通过对比可知四分之一波长阻抗变换器的综合指标最好,最适合于本文所设计的定向耦合器的匹配网络.     

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。     

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．     

水介质形成线泄漏电阻对充电效率的影响

研制了一种基于直线变压器技术的脉冲功率系统,采用水介质脉冲形成线并联充电作为脉冲形成装置。分析了给形成线充电时泄漏电阻对充电电压效率和能量效率的影响,给出了泄露电阻的能量损耗率计算公式;结合实验参数计算了本实验中水介质形成线的泄漏电阻,介于8.2kΩ与3kΩ之间。根据泄露电阻取值范围,分析了双模块和四模块实验中水介质形成线充电过程中的电压效率与能量效率,结果表明水介质形成线的能量损失占其获得能量的5%～12%;计算结果同时表明:随着实验模块数增加,能量损失逐渐增大。     

变阻抗传输线能量传输效率分析

采用数值方法分析了阻抗各向同性、波速不变的变阻抗传输线（指数型、双曲型和线性型）的电压反射系数,得到了能量传输效率与归一化频率、阻抗变比之间的关系。结果表明,在低频条件下(归一化频率小于2),指数传输线的能量传输效率最高。计算了Z300装置变阻抗传输线的能量传输线效率,指数线为91.6%、双曲线为90.4%,圆锥线为91.2%。     

压电换能器等效模型分析与阻抗匹配设计

声光可调滤光器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)的衍射效率不仅与功率信号源的质量、声光晶体氧化碲(TeO_2)的切型有关,而且压电超声换能器的结构以及其阻抗匹配网络也对AOTF的衍射效率有很大影响。本文对X切型铌酸锂(LiNbO_3,LN)四层镀膜压电超声换能器的等效模型进行了分析,确定了声光介质存在时换能器的阻抗特性,利用射频微波仿真软件,设计了电感-电容复合匹配网络。将换能器压合在TeO_2上,用复色光作为光源进行了声光衍射实验,经仿真与实验验证表明,该匹配电路可以有效的改善压电换能器的阻抗特性,提高换能器带宽,提高能量传输效率,AOTF衍射效率最高可达92.67%。     

水介质同轴线型方波脉冲延时线

 介绍了水介质同轴型方波脉冲延时线的基本原理和基本特性参数,并对延时线传输脉冲的脉冲损耗和脉冲畸变的主要影响因素进行了理论分析。在理论分析的基础上,设计、建立了一套延迟500 ns、阻抗为12 Ω的水介质同轴线型方波脉冲延时线,并进行了初步的实验研究。实验结果表明:该延时线输入方波脉冲前沿为18 ns,输出方波脉冲前沿增加到26 ns;方波脉冲幅度损耗率为9.6%;延迟时间为476 ns。     

真空传输线板-锥过渡结构的功率流分析

真空传输线板-锥转角过渡是多模块汇流的Z箍缩装置经常采用的结构,在不考虑磁绝缘失效、介质损耗的前提下,采用有限差分方法分析转角过渡对功率流传输的影响。初步的计算和分析表明:随着转角的变大,由阻抗不匹配引起的反射将使传输效率有所降低;前沿较陡的快脉冲在这种结构中发生严重畸变,而低频脉冲则几乎不受影响。在板-锥过渡设计中采用小转角结构,尽量减小脉冲传输方向的变化,对保证脉冲高效传输有利。     

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。     

三谐振高压脉冲变压器

介绍了一种基于空芯变压器的三谐振高压脉冲变压器。通过对三谐振脉冲变压器无损等效电路的理论分析,给出了在回路本征频率1∶2∶3时,电路各参数的关系及输出电压解析表达式,此条件下负载电压最大值为空芯变压器次级高压输出电压的2.77倍。根据理论分析及电路模拟的结果,提出了适用于三谐振脉冲变压器的设计方法迭代模拟法,并采用迭代模拟的方法在研制的空芯变压器基础上研制了一台基于三谐振脉冲变压器的脉冲功率源,进行了实验研究。实验结果表明:所研制的三谐振脉冲变压器输出电压的最大值可以达到锥形高压绕组输出电压的2倍,系统最大工作电压约为600 kV,与理论分析的结果相吻合,说明将任意一台双谐振脉冲变压器改造成三谐振脉冲变压器具有可行性。     

1.2MV脉冲变压器设计及实验研究

介绍了1.2 MV脉冲变压器的设计方法,采用螺旋渐开式绕组逐渐增大绕组对磁芯的绝缘距离,用ANSYS程序模拟脉冲变压器中的场强分布情况,最大场强不超过18 kV/mm。通过实验研究有效解决了绕组对绝缘支撑的局部放电现象,得到了1.2 MV的高压脉冲输出,单次运行时间达到1 min,重复频率100Hz,验证了所采用的设计方法的可行性。     

液体介质快脉冲电压下击穿特性研究

 设计了液体介质快脉冲击穿试验装置和电压电流测量系统，研究了重复频率、电极形状及电极间距与介质击穿场强、击穿电压和击穿时延等击穿特性参数的关系，比较了变压器油、十二烷基苯、蓖麻油三种典型液体绝缘介质在直流及快脉冲电压作用下的绝缘性能。结果表明：短脉冲持续时间下液体绝缘材料有异常高的击穿场强；重复脉冲串作用下的击穿场强比单个脉冲下明显减小，重复频率2 kHz时击穿场强减小了约30％；电极头半径大小对击穿也有影响，半径R＝5 mm时，击穿电压最高；击穿时延随击穿场强减小而变长，在其他条件相同的情况下，测得击穿时延随机波动；蓖麻油的快脉冲电压绝缘性能最好，变压器油次之。     

Analysis of ferroresonance in neutral grounding system with nonlinear core loss

<正>The chaotic behaviour exhibited by a typical ferroresonant circuit in a neutral grounding system is investigated in this paper.In most earlier ferroresonance studies the core loss of the power transformer was neglected or represented by a linear resistance.However,this is not always true.In this paper the core loss of the power transformer is modelled by a third order series in voltage and the magnetization characteristics of the transformer are modelled by an 11th order two-term polynomial.Extensive simulations are carried out to analyse the effect of nonlinear core loss on transformer ferroresonance.A detailed analysis of simulation results demonstrates that,with the nonlinear core loss model used, the onset of chaos appears at a larger source voltage and the transient duration is shorter.     

Helical magnetocumulative generators with magnetic flux amplification: Comparative advantages of amplification schemes and the operational efficiency of generators with dynamic transformation

The amplification capabilities of two types of helical magnetocumulative generators based on the cascade scheme of magnetic flux amplification, generators with dynamic transformation, and those with transformer coupling between the cascades, are compared analytically and using numerical simulation. A tendency arising in real systems suffering from magnetic flux (energy) losses is studied. The reliability and efficiency of the generators with dynamic transformation can be improved by optimizing the operating modes of the generators and suppressing voltage surges, which are inherent in such devices and arise in the course of flux capture. A method to avoid voltage surges is proposed.     

600kV高压大电流脉冲变压器的研制

 介绍了工作于低阻抗负载下的高压大电流快响应脉冲变压器的一种设计方法。设计了一台用于调制器型加速器的标称电压为600kV的脉冲变压器, 其设计值与实验值基本一致。     

轨道式多间隙气体开关设计与性能测试

针对直线脉冲变压器对低电感、低抖动气体开关的研制需要,采用垂直布放的平板轨道电极,组成具有通视结构的水平间隙,设计了一种多间隙轨道式气体开关。利用Meek击穿判据计算了单间隙自击穿电压,实测了4个单间隙的自击穿电压及其相对标准偏差,并根据单间隙自击穿电压,利用概率分析方法预测了多间隙开关自击穿电压,计算值与实测结果一致。研究表明:开关电感最大约109 nH,自击穿电压相对标准偏差为1.5%,在60 kV触发电压和48%~74%欠压比下,开关抖动0.9~2.6 ns。与圆环形电极的多间隙气体开关相比,多间隙轨道式气体开关自击穿电压更稳定,也更容易触发。     

Simplified power supply for long pulse CO2 laser using zero cross switching technique

We propose a simple power supply for a longitudinally pulsed CO₂ laser with long pulse duration by the switching control of AC line (60 Hz) on HV leakage transformer primary, which can generate long pulse of about 3 ms compared to a typical pulsed power supply. In this power supply, a low voltage open loop control for high voltage discharge circuit is employed to avoid the HV sampling or switching, and AC line voltage switched directly by a SCR is applied to the leakage transformer primary. Thus, there is no need of a rectified bridge and an energy-storage capacitor in the discharge circuit, and the leakage transformer allows one to omit a current-limiting resistor. In order to control the laser output power, the pulse repetition rate is adjusted up to 60 Hz. A ZCS circuit and a PIC one-chip microprocessor are used to control the gate signal of SCR precisely.     

重复高压脉冲产生与成形一体化装置研制

 介绍了脉冲变压器与分布参量形成线相结合的高功率脉冲产生与成形一体技术,简要阐述了采用该技术的高压脉冲发生器的基本设计思想。研制的脉冲变压器与形成线一体化装置利用变压器的同轴开环铁芯来充当分布电参量脉冲形成线的内外导体,将脉冲功率源中最重要的两个独立部件有机结合起来,实现了结构的紧凑性。高压脉冲发生器在重复频率100 Hz、变压器工作电压1.65 MV时能够稳定运行,输出脉冲电压760 kV,峰值功率23 GW,脉冲宽度大于40 ns。     

由阴、阳极电压及入射光强及频率确定光电流

根据费米-狄拉克统计,本文推导出了一个光电效应中光电流作为阴、阳极电压的函数关系.应用本文所提供的函数所得计算结果同实验结果非常好地符合.其次,建立了入射光强对光电流贡献的数学表现,最后,从数学上得到了入射光频率与光电流的关系,从而能够预测光电流.