同轴螺旋重入脉冲形成线制造技术

本发明专利技术属于脉冲功率技术领域，涉及一种同轴螺旋重入脉冲形成线，其目的是解决同轴脉冲形成线采用多级重入结构实现多倍脉宽时结构复杂的问题。本发明专利技术包括重入形成线段、主开关段和负载段共三个部分组成。重入形成线段包含了3个同轴嵌套的导体筒，外筒、内表面阶梯状的中筒和螺旋内筒，构成了两个脉冲形成线(外线和非均匀螺旋重入线)，其中非均匀螺旋重入线又包含多个螺旋线区段。本发明专利技术的有益效果是:同轴脉冲形成线采用螺旋重入结构实现多倍脉宽输出,结构简单,容易实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于脉冲功率
，涉及一种同轴的螺旋重入脉冲形成线。
技术介绍
一种带有重入结构的脉冲形成线(专利申请号:201510473606.1)采用3个同轴导体圆筒，构成外线和内线两个脉冲形成线，外线和内线的电长度(即电磁波传输的时间)相等，波阻抗相等，内线为外线的重入结构，外线用于储能，内线不储能，放电过程中形成线的初始能量在经过两个波动周期后完全释放(其中一个波动周期为传统单同轴线或Blumlein线形成的脉冲宽度)，从而实现两倍的脉宽输出。同轴两级重入脉冲形成线(专利申请号:201510262236.7)采用4个同轴导体圆筒，构成外线、中线和内线三个脉冲形成线，外线、中线和内线的电长度相等，波阻抗比值为3:2:6，中线和内线为外线的两级重入线，外线用于储能，中线和内线不储能，放电过程中形成线的初始能量在经过三个波动周期后完全释放，从而实现三倍的脉宽输出。以同轴两级重入脉冲形成线为代表的同轴多级重入脉冲形成线通过增加同轴导体圆筒的数目，即重入结构的级数，从而实现多倍的脉宽输出，同时要求各级重入线的电长度与外线相等。该结构存在的不足为:重入线与外线等电长度的补偿设计以及同轴导体圆筒数量多等因素导致整体结构复杂，重入结构越多工程实现越困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服同轴重入脉冲形成线通过增加重入结构级数实现多倍脉宽输出导致的结构复杂、实现困难等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的思路是:采用螺旋脉冲形成线替代同轴线类型的重入结构，螺旋线可用于脉冲延迟传输，同轴脉冲形成线采用多段螺旋线类型的重入结构，可产生多倍脉宽输出，而不需增加重入结构级数，且各螺旋区段与外线等电长度的要求较易满足。本专利技术解决其技术问题所形成的技术方案是:本专利技术所提供的同轴螺旋重入脉冲形成线，包括依次连接的重入形成线段1、主开关段2和负载段3共三个部分；所述重入形成线段1包括三个同轴嵌套的导体筒及绝缘介质，三个导体筒由外至内分别为形成线外筒、中筒和内筒10，每相邻两个导体筒之间填充绝缘介质，形成线外筒、中筒、内筒靠近主开关段的一端为前端，另一端为后端；所述主开关段包括开关外筒、开关阳极及开关阴极，所述开关阳极及开关阴极相对设置，其特殊之处在于:所述形成线外筒两端为法兰，后端法兰与后端盖电连接，前端法兰与开关外筒电连接，所述中筒包括筒体及底部，筒体的前端开路，筒体的后端与底部电连接；筒体的外壁为圆柱面，筒体的内壁面从前端至后端依次由η-l个直径减小的圆柱面连接而成，η为大于等于2的自然数，所述内筒由导线螺旋密绕而成，且口径相同；内筒的后端与中筒的底部电连接，内筒的前端与开关阴极电连接；所述形成线外筒、中筒及两筒之间的绝缘介质构成外线；所述中筒、内筒及两筒之间的绝缘介质构成了由η-l个螺旋线区段的非均匀螺旋重入线，各螺旋线区段的延迟电长度与外线的延迟电长度相等，从主开关侧开始的各螺旋区段的波阻抗与外线波阻抗的比值依次为 η(η-1)/η、(η_1) (η_2)/η、…、3.2/η 和 2.1/η。上述内筒由导线多起端螺旋密绕，相邻导线绝缘，绕线螺距均匀。上述的负载段3，其匹配阻值为重入形成线段1的外线和靠近阴极7的螺旋区段的阻抗之和。本专利技术与现有技术相比，有益效果是:1、本专利技术能够实现数倍的脉宽输出，匹配输出阻抗为外线波阻抗的数倍，用于高电压长脉冲的产生，结构简单，容易实现。2、本专利技术螺旋内筒采用多起端螺旋线密绕，具有波形畸变小、绝缘好的优点。【附图说明】图1是本专利技术同轴螺旋重入脉冲形成线结构图。图2是本专利技术的一个应用实例。图3是3倍脉宽输出的螺旋重入脉冲形成线的输出电压仿真波形。图中，1重入形成线段，2主开关段，3负载段，4负载外筒，5负载电阻，6阳极，7阴极，8开关外筒，9右界面，10螺旋内筒，11中筒，12形成线外筒，13后端盖，14内磁芯，15外磁芯，16螺旋1区，17螺旋2区。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术做详细说明。同轴螺旋重入脉冲形成线结构包括重入形成线段1、主开关段2和负载段3三个部分。重入形成线段1由形成线外筒12、中筒11、螺旋内筒10、后端盖13和绝缘填充介质组成。螺旋内筒10 口径均匀，采用细线径导线多起端螺旋密绕，相邻导线绝缘，绕线螺距均匀。中筒11的外表面为平直圆筒，内表面为口径不同的阶梯圆筒。形成线外筒12、中筒11、螺旋内筒10这3个导体筒长度大体相等、直径逐渐减小，且为套在一起的一体化同轴结构。形成线外筒12的一端通过法兰与后端盖13电接触连接，另一端通过法兰与开关外筒8电接触连接。中筒11内表面口径大的一端开路(不连接)，另一端与螺旋内筒10电接触连接。螺旋内筒10的另一端与阴极7电接触连接。绝缘介质填充在3个导体圆筒的相邻圆筒之间以及端部。形成线外筒12、中筒11和前两者之间的填充绝缘介质构成外线。中筒11和螺旋内筒10和前两者之间的填充绝缘介质构成非均匀螺旋重入线。η倍脉宽(1倍脉宽为外线电长度的2倍)输出的非均匀螺旋重入线由(η-l)个螺旋线区段组成，各螺旋线区段的延迟电长度与外线的电长度相等，从开关侧开始的各螺旋区段的波阻抗与外线波阻抗的比值依次为 η(η-1)/η、(η-1) (η_2)/η、…、3.2/η 和 2.1/η。主开关段2由开关外筒8、阴极7、阳极6和填充的开关气体介质组成。开关外筒8的一端通过法兰与形成线外筒12电接触连接，另一端通过法兰与负载外筒4电接触连接。阴极7和阳极6组成主开关的两个电极，其间隙距离由主开关的具体工作条件(间隙电压、开关气体、场增强等)确定，阴极7的另一端与螺旋内筒10电接触连接，阳极6的另一端与负载电阻5电接触连接。负载段3由负载外筒4、负载电阻5和填充的绝缘介质组成。负载外筒4的一端通过法兰与开关外筒8电接触连接，另一端与负载电阻5电接触连接。负载电阻5的另一端与阳极6电接触连接。负载的匹配阻抗(即负载输出功率最大时)为重入形成线段1的外线和靠近阴极7的螺旋区段的阻抗之和。绝缘介质填充在负载外筒4和负载电阻5之间。形成线外筒12接地，在慢充电过程中筒11和螺旋内筒10充上幅值相等的高电压，外线储能，非均匀螺旋线不储能，通过主开关闭合对负载放电。匹配负载的输出电压幅值为形成线充电电压的一半，如果非均匀螺旋重入线由(η-l)个螺旋线区段组成，则输出脉宽为外线电长度的2η倍，而传统的单同轴形成线输出脉宽为形成线电长度的2倍，即此结构可产生η倍的输出脉宽。本专利技术的结构特点是:本专利技术的重入形成线段1为一体化同轴结构，包含了 3个套在一起的导体筒:外筒、内表面阶梯状的中筒和螺旋内筒，构成了两个脉冲形成线(外线和非均匀螺旋重入线)，其中非均匀螺旋重入线又包含多个螺旋线区段。以下实施例参照图2。实施例设计与变压器一体化的同轴螺旋重入脉冲形成线，变压器的作用是把前级能量转换到形成线上。在形成线外筒12和中筒11上分别设置开路外磁芯15和内磁芯14，非均匀螺旋重入线包含两个螺旋区段，该重入脉冲形成线实现一般形成线3倍的脉宽输出。实施例的设计参数为:形成线外筒内径取160mm，形成线长度取375mm，采用绝缘介质Midel 7131，相对介电常数3.84，充电过程中筒外表面场强设计值取130kV/cm。内磁芯径向厚度7.5mm (包含支本文档来自技高网...

【技术保护点】
同轴螺旋重入脉冲形成线，包括依次连接的重入形成线段(1)、主开关段(2)和负载段(3)共三个部分；所述重入形成线段(1)包括三个同轴嵌套的导体筒及绝缘介质，三个导体筒由外至内分别为形成线外筒、中筒和内筒(10)，每相邻两个导体筒之间填充绝缘介质，形成线外筒、中筒、内筒靠近主开关段的一端为前端，另一端为后端；所述主开关段包括开关外筒、开关阳极及开关阴极，所述开关阳极及开关阴极相对设置，其特征在于：所述形成线外筒两端为法兰，后端法兰与后端盖电连接，前端法兰与开关外筒电连接，所述中筒包括筒体及底部，筒体的前端开路，筒体的后端与底部电连接；筒体的外壁为圆柱面，筒体的内壁面从前端至后端依次由n‑1个直径减小的圆柱面连接而成，n为大于等于2的自然数，所述内筒由导线螺旋密绕而成，且口径相同；内筒的后端与中筒的底部电连接，内筒的前端与开关阴极电连接；所述形成线外筒、中筒及两筒之间的绝缘介质构成外线；所述中筒、内筒及两筒之间的绝缘介质构成了由n‑1个螺旋线区段的非均匀螺旋重入线，各螺旋线区段的延迟电长度与外线的延迟电长度相等，从主开关侧开始的各螺旋区段的波阻抗与外线波阻抗的比值依次为n(n‑1)/n、(n‑1)(n‑2)/n、…、3·2/n和2·1/n。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘亚峰，张喜波，刘胜，王俊杰，王刚，王利民，孙旭，李鹏辉，林强，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61