非线性传输线产生射频脉冲原理研究

介绍了非线性传输线的工作原理和色散特性,给出了用于模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的计算方法。算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中NiZn铁氧体磁芯的非线性磁化行为,并模拟了非线性传输线的工作方式。实验获得了中心频率165 MHz的宽带脉冲输出,初步验证了用于产生宽带电磁脉冲的非线性传输线关键技术。     

非线性传输线数值模拟方法

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为。根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30kV时获得了频率303MHz、峰峰值不小于40kV的高压射频脉冲输出。     

非线性传输线数值模拟方法

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为。根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30 kV时获得了频率303 MHz、峰峰值不小于40 kV的高压射频脉冲输出。     

利用非线性传输线产生高功率射频场

根据孤立子理论,分析了利用变容非线性传输线产生射频场的机理。利用电路仿真方法系统地研究了影响射频场产生的相关参数,发现电感和零压电容越小、输入电压越大,射频场的频率越高;电容的非线性率越大,射频场的峰值电压越高、高频成分越多。并在此基础上,仿真设计了能产生峰值功率为0.8 GW、主频为19.42 MHz射频场的非线性传输线。     

利用非线性传输线产生高功率射频场

根据孤立子理论,分析了利用变容非线性传输线产生射频场的机理。利用电路仿真方法系统地研究了影响射频场产生的相关参数,发现电感和零压电容越小、输入电压越大,射频场的频率越高;电容的非线性率越大,射频场的峰值电压越高、高频成分越多。并在此基础上,仿真设计了能产生峰值功率为0.8 GW、主频为19.42 MHz射频场的非线性传输线。     

非线性传输线高功率实验

设计了基于交叉耦合铁氧体非线性传输线高功率射频微波产生系统,系统由脉冲形成线、非线性传输线以及高功率匹配负载（或组合振子辐射天线）组成。由100 kV高压电源和高压微波电缆构成单传输线高功率脉冲形成线,形成线输出脉冲幅度35 kV,脉冲半宽60 ns。高压脉冲经过非线性传输线的脉冲压缩和调制,与高功率匹配负载相连时,实验得到了峰峰值31 kV、中心频率308 MHz、3 dB带宽为13%的射频振荡脉冲;与组合振子天线相连时,实验得到了中心频率380 MHz、3 dB带宽为12%的宽谱辐射。实验结果与数值模拟基本吻合。     

非线性传输线高功率实验北大核心CSCD

设计了基于交叉耦合铁氧体非线性传输线高功率射频微波产生系统,系统由脉冲形成线、非线性传输线以及高功率匹配负载(或组合振子辐射天线)组成。由100kV高压电源和高压微波电缆构成单传输线高功率脉冲形成线,形成线输出脉冲幅度35kV,脉冲半宽60ns。高压脉冲经过非线性传输线的脉冲压缩和调制,与高功率匹配负载相连时,实验得到了峰峰值31kV、中心频率308 MHz、3dB带宽为13%的射频振荡脉冲;与组合振子天线相连时,实验得到了中心频率380MHz、3dB带宽为12%的宽谱辐射。实验结果与数值模拟基本吻合。     

非线性传输线在DSRD脉冲电源中的应用

加速器技术的发展,对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高,底宽达到ns量级,还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管（DSRD）因其速度快、工作电流大等优点,在ns级脉冲电源中应用前景广泛,但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源,使用非线性传输线对脉冲进行整形,同时对脉冲的前后边沿进行锐化,缩短脉冲边沿的时间,大幅减小脉冲前后的残余电压,提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验,实验结果表明,该样机在50Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV,前后边沿时间（10%～90%）约2 ns,底宽（3%～3%）小于8 ns。     

磁绝缘传输线电压的初步测量

针对快脉冲直线变压器驱动源装置上的真空磁绝缘传输线（MITL)电压测量的需求,开展了微分型电容分压器和电感分压器的设计、标定和实验。通过不同的电压值、负载阻抗的装置实验中探头输出结果的分析和比较,讨论了测量方法的可行性和适用范围。实验结果表明：微分型电容分压器能够应用于完全磁绝缘状态下的MITL电压测量,但容易受阴极电子发射的影响导致探头输出波形发生畸变。电感分压器受分布电容和电感的影响导致输出信号存在寄生振荡,采用波形重建的方法初步获得了合理的测量结果。     

利用爆磁压缩发生器产生高功率高电压脉冲

利用螺旋型爆磁压缩装置（HEMG）产生脉冲高电压技术主要应用于驱动微波器件产生高功率微波（HPM），应用于核电磁脉冲及雷电电磁脉冲（E脚）的模拟与防护。利用HEMG作为能源驱动电爆炸丝开关（EEOs）产生脉冲高电压，目前主要有以下两条技术途径：一是采用紧凑型的所谓含动态变压器结构的HEMG（脉宽窄）作为能源驱动电爆炸丝断路开关产生脉冲高电压。这条技术路线系统结构简单，     

ps脉冲传输线的多容性负载阻抗匹配模型和计算

指出提高微带横截面取样速率的关键问题是传输线多容性负载阻抗匹配,根据分布参数理论和微波传输线理论,提出局部匹配模型,推导出阻抗匹配计算公式。数值模拟和电路仿真结果表明,局部补偿匹配法对不同工作频率下的多负载电容ps脉冲传输线均可进行较好的补偿,传输线上的各点取样波形失真度很小,补偿效果明显,可以提高微带横截面取样速率。     

A k-band broadband monolithic distributed frequency multiplier based on nonlinear transmission line

A fabrication technology of GaAs planar Schottky varactor diode (PSVD) is successfully developed and used to design and manufacture GaAs-based monolithic frequency multiplication based on 23-section nonlinear transmission lines (NLTLs) consisting of a coplanar waveguide transmission line and periodically distributed PSVDs. The throughout design and optimization procedure of 23-section monolithic NLTLs for frequency multiplication in the k-band range is based on a large signal equivalent model of PSVD extracted from small-signal S-parameter measurements. This paper reports that the distributed SPVD exhibits a capacitance ratio of 5.4, a normalized capacitance of 0.86 fF/μm2 and a breakdown voltage in excess of 22 V. The integrated 23-section NLTLs fed by 20-dBm input power demonstrates a 26-GHz peak second harmonic output power of 14-dBm with 25.3% conversion efficiency in the second harmonic output frequency range of 6 GHz-26 GHz.     

输电线非线性振动问题的同伦映射近似解

研究了一类输电线非线性振动的动力学模.利用同伦映射方法,得到了该模型的任意次精度的近似解. 关键词： 输电线 非线性振动 同伦映射 近似解     

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。     

小型整体径向传输线的设计与实验

设计了一个小型整体径向传输线并对其传输特性进行了实验研究。该传输线由两块相距1 cm的铝合金平板组成,其特征阻抗采用双曲线型。1个输出端口位于传输线中央,20个输入端口均匀分布在传输线的外圆周上,最多可供20路脉冲同时注入。此传输线浸没于去离子水中,其单向传输时间为15 ns。负载由20个154 的电阻并联而成,以保证输出端的阻抗匹配。实验测得的输出电压波形与3维电磁场仿真结果非常接近。此外,还通过实验研究了不同驱动脉冲路数情况下小型整体径向传输线的输出电压,发现在驱动脉冲路数较少的情况下,输出电压的幅值几乎正比于驱动脉冲的路数。     

4层圆盘锥形磁绝缘传输线的电流测量

为获取PTS装置磁绝缘传输线的电流,设计、标定了微分环。探头使用镍铬合金膜屏蔽空间电子,采用在线标定。设计相应的馈入结构从负载区分别对不同层磁绝缘传输线馈入信号,在每个三平板传输线出口的板堆过渡区位置安装短路杆,能够在磁绝缘传输线上得到基本均匀的电流,实现电流探头的逐层标定。频响分析表明金属膜屏蔽效应导致探头的高频特性变差。实验表明,贴膜的探头频响上限为50.3MHz,满足被测信号的要求。实测PTS装置磁绝缘传输线电流与负载区电流的测量结果自洽,且各层电流与总电流等结果符合理论预计。     

4层圆盘锥形磁绝缘传输线的电流测量

为获取PTS装置磁绝缘传输线的电流,设计、标定了微分环。探头使用镍铬合金膜屏蔽空间电子,采用在线标定。设计相应的馈入结构从负载区分别对不同层磁绝缘传输线馈入信号,在每个三平板传输线出口的板堆过渡区位置安装短路杆,能够在磁绝缘传输线上得到基本均匀的电流,实现电流探头的逐层标定。频响分析表明金属膜屏蔽效应导致探头的高频特性变差。实验表明,贴膜的探头频响上限为50.3 MHz,满足被测信号的要求。实测PTS装置磁绝缘传输线电流与负载区电流的测量结果自洽,且各层电流与总电流等结果符合理论预计。