一种同轴Blumlein脉冲形成线制造技术

本发明专利技术涉及一种新型同轴Blumlein脉冲形成线，主要解决现有双同轴Blumlein线存在输出波形质量差、高压绝缘难度大等缺点，单筒同轴线输出波形质量较好，但充电电压过高，体积重量较大的问题。包括开关、负载、脉冲形成线、与脉冲形成线连接的串联型同轴脉冲形成线；脉冲形成线包括同轴内筒和套装于同轴内筒上的同轴外筒；开关跨接于同轴内筒与同轴外筒之间；串联型同轴脉冲形成线包括内芯和套装于内芯上的外导体；内芯包括多个依次串联的多级串联同轴输出型脉冲形成线；沿脉冲形成线至串联型同轴脉冲形成线方向首个多级串联同轴输出型脉冲形成线与同轴内筒连接，最后一个多级串联同轴输出型脉冲形成线与负载连接，负载与外导体连接；同轴外筒与外导体连接。同轴外筒与外导体连接。同轴外筒与外导体连接。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴Blumlein脉冲形成线


[0001]本专利技术涉及一种Blumlein脉冲形成线，具体涉及一种同轴Blumlein脉冲形成线。

技术介绍

[0002]20世纪60年代，英国的J.C.Martin把A.D.Blumlein在雷达脉冲调制器上的双传输线技术用在脉冲功率技术中，成功地研制出世界上第一台高压纳秒脉冲源，开创了脉冲功率技术的新纪元，人们把这种双传输线称为Blumlein线，与单传输线相比其优点是在阻抗完全匹配条件下，输出电压等于充电电压，负载获得的能量提高了一倍，故又称倍压传输线。
[0003]用于高压脉冲源中的Blumlein脉冲形成线一般采用三筒结构，其包括三个同轴筒，分别为内筒、外筒和中筒，在充电过程中，一般在中筒上施加高电位，内筒和外筒同为低电位。该结构存在两个缺点：其一是，三筒结构复杂，因此要实现较高的电压时，要求高压绝缘压力较大；其二是，三筒结构较为紧凑，放电过程中两条同轴线之间会不可避免的出现电磁耦合，从而导致其输出波形质量产生畸变。硕士论文(同轴螺旋Blumlein线波形改善技术研究，邵元正，国防科技大学，2015)介绍了一种三筒Blumlein线结构，其输出波形前沿较慢，波形平顶差，尽管通过结构优化后，波形质量有所改善，但脉冲前沿仍相对较慢，平顶抖动相对较大。由此可见，传统的Blumlein脉冲形成线仍有改进的空间。
[0004]如论文(20GW/100Hz脉冲功率源研制,彭建昌、苏建仓等，强激光与粒子束，Vol.23,No.11,2011.11:2919
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2923)所示的Tesla脉冲源采用一端开路传输线作为脉冲形成线，其缺点是当形成线的放电电压仅为充电电压的一半，导致此类脉冲源的体积较大，绝缘难度大。论文(A quasi
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coaxial HV rolled pulse forming line,Binxiong Yu,Jiancang Su,et al,Review of scientific instruments,Vol.89,No.8,Sep.2018)将多级同轴输出脉冲形成线进行串联，并优化外筒的结构，可完美替代开路传输线，上述同轴输出脉冲形成线采用储能密度较高的介质，体积相比现有变压器油绝缘的同轴脉冲形成线输出波形质量更好，存在问题是放电电压为充电电压一半。
[0005]综上，现有双同轴Blumlein线存在输出波形质量较差、高压绝缘难度大等缺点，而单筒同轴线输出波形质量相对较好，但充电电压过高，体积重量相对较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决现有双同轴Blumlein线存在输出波形质量较差、高压绝缘难度大等缺点，而单筒同轴线输出波形质量相对较好，但充电电压过高，体积重量相对较大的技术问题，而提供一种同轴Blumlein脉冲形成线。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]一种同轴Blumlein脉冲形成线，其特殊之处在于：
[0009]包括开关、负载、脉冲形成线、一端与脉冲形成线一端连接的串联型同轴脉冲形成线；
[0010]所述脉冲形成线包括同轴内筒和套装于同轴内筒上的同轴外筒；
[0011]所述开关跨接于同轴内筒远离串联型同轴脉冲形成线一端与同轴外筒之间；
[0012]所述串联型同轴脉冲形成线包括内芯和套装于内芯上的外导体；
[0013]所述内芯包括多个沿轴向依次串联的多级串联同轴输出型脉冲形成线；
[0014]沿脉冲形成线至串联型同轴脉冲形成线方向首个多级串联同轴输出型脉冲形成线的端部与同轴内筒另一端连接，最后一个多级串联同轴输出型脉冲形成线的端部与负载一端连接，所述负载另一端与外导体远离同轴内筒一端的内壁连接；
[0015]所述同轴外筒一端与外导体另一端连接。
[0016]进一步地，定义脉冲形成线的特性阻抗为Z0/2；
[0017]所述脉冲形成线的特性阻抗和电长度与内芯的特性阻抗和电长度分别相等。
[0018]进一步地，所述外导体包括第一连接段和第二连接段；
[0019]所述第一连接段一端与第二连接段一端连接，所述第一连接段另一端与同轴外筒一端连接；所述负载另一端与第二连接段远离同轴内筒一端的内壁连接。
[0020]进一步地，所述第一连接段为圆锥台形筒体，其外径大小沿脉冲形成线至串联型同轴脉冲形成线方向逐渐增大；
[0021]所述串联型同轴脉冲形成线的特性阻抗沿脉冲形成线至串联型同轴脉冲形成线方向从Z0/2逐渐增大至Z0。
[0022]进一步地，所述第一连接段为圆柱形筒体；
[0023]所述串联型同轴脉冲形成线的特性阻抗介于Z0/2到Z0之间。
[0024]进一步地，所述串联型同轴脉冲形成线的特性阻抗为0.707Z0。
[0025]进一步地，所述脉冲形成线为同轴脉冲形成线，或螺旋脉冲形成线。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]1、本专利技术通过采用同轴内筒和同轴外筒组成的脉冲形成线，与采用多个同轴输出型脉冲形成线串联结构的内芯和外导体组成的串联型同轴脉冲形成线相配合，可以得到更好的输出波形质量，并且高压绝缘设计难度更低，有利于超高压电压脉冲的产生，并且体积重量均较小。
[0028]2、本专利技术通过设计脉冲形成线的特性阻抗和电长度与内芯的特性阻抗和电长度分别相等，可以使得放电电压脉冲幅值和充电电压脉冲幅值相同。
[0029]3、本专利技术通过将外导体的第一连接段结构设计为圆台形结构，并设计串联型同轴脉冲形成线的特性阻抗随外导体的外径逐渐增大而从Z0/2逐渐增大至Z0，可以进一步提高Blumlein脉冲形成线的输出波形质量。
[0030]4、本专利技术通过将外导体的第一连接段结构设计为圆柱形结构，并设计串联型同轴脉冲形成线的特性阻抗介于Z0/2到Z0之间，可以进一步提高Blumlein脉冲形成线的输出波形质量。
附图说明
[0031]图1是本专利技术一种同轴Blumlein脉冲形成线的结构示意图；
[0032]图2是本专利技术一种同轴Blumlein脉冲形成线实施例中串联型同轴脉冲形成线的第一结构示意图；
[0033]图3是本专利技术一种同轴Blumlein脉冲形成线实施例中串联型同轴脉冲形成线的第二结构示意图；
[0034]图4是本专利技术一种同轴Blumlein脉冲形成线的仿真电压输出波形图。
[0035]图中：1
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同轴脉冲形成线，2
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开关，3
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串联型同轴脉冲形成线，4
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负载，5
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同轴内筒，6
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同轴外筒，7
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内芯，8
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外导体，81
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第一连接段，82
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第二连接段，9
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多级串联同轴输出型脉冲形成线。
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴Blumlein脉冲形成线，其特征在于：包括开关(2)、负载(4)、脉冲形成线(1)、一端与脉冲形成线(1)一端连接的串联型同轴脉冲形成线(3)；所述脉冲形成线(1)包括同轴内筒(5)和套装于同轴内筒(5)外侧的同轴外筒(6)；所述开关(2)跨接于同轴内筒(5)远离串联型同轴脉冲形成线(3)一端与同轴外筒(6)之间；所述串联型同轴脉冲形成线(3)包括内芯(7)和套装于内芯(7)外侧的外导体(8)；所述内芯(7)包括多个沿轴向依次串联的多级串联同轴输出型脉冲形成线(9)；沿脉冲形成线(1)至串联型同轴脉冲形成线(3)方向，首个多级串联同轴输出型脉冲形成线(9)的端部与同轴内筒(5)另一端连接，最后一个多级串联同轴输出型脉冲形成线(9)的端部与负载(4)一端连接，所述负载(4)另一端与外导体(8)远离同轴内筒(5)一端的内壁连接；所述同轴外筒(6)一端与外导体(8)另一端连接。2.根据权利要求1所述的一种同轴Blumlein脉冲形成线，其特征在于：定义脉冲形成线(1)的特性阻抗为Z0/2，所述脉冲形成线(1)的特性阻抗和电长度与内芯(7)的特性阻抗和电长度分别相等。3.根据权利要求2所述的一种同轴B...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏建仓，喻斌雄，李锐，邱旭东，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：