一种波形优化的平板型固态脉冲形成线制造技术

技术编号：43007824 阅读：7 留言：0更新日期：2024-10-18 17:14

本发明专利技术公开了一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，目的是解决现有平板型固态脉冲形成线脉冲前沿及拖尾较长和平顶质量较差的问题。本发明专利技术由陶瓷介质板、2个结构电极、4个黄铜端子组成；陶瓷介质板上表面印有1个阻抗匹配曲线结构电极，下表面印有满结构电极或阻抗匹配曲线结构电极。结构电极分别焊接有2个黄铜端子，采用绝缘封装层封装。阻抗匹配曲线结构电极由两个阻抗匹配端口电极和n个周期的U形电极组成，阻抗匹配端口电极包含第二阻抗匹配直线段电极和阻抗匹配半圆形电极；U形电极由两侧阻抗匹配直线段电极、中间阻抗匹配圆弧段电极和过渡段电极组成。本发明专利技术输出波形脉冲前沿及拖尾减少，平顶质量较好，输出波形质量得到提升。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于脉冲功率，具体涉及一种波形优化的平板型固态脉冲形成线。

技术介绍

1、随着脉冲功率技术的发展，高功率脉冲驱动源固态化、紧凑化成为重要的研究向，脉冲形成线是高功率脉冲驱动源的核心部件之一，具有脉冲调制等功能。陶瓷介质固态脉冲形成线以其固态化、高储能密度、长寿命等优点已成为脉冲功率装置设计时脉冲形成线选取的重要考虑对象。

2、当前，采用曲线电极结构的固态脉冲形成线通过电极结构设计在更小尺寸的陶瓷介质上实现了较长脉宽的脉冲输出，有利于提升形成线的紧凑化程度和可靠性。曾凡正博士学位论文《紧凑、重频、长寿命高功率层叠线脉冲发生器关键技术研究》【曾凡正.紧凑、重频、长寿命高功率层叠线脉冲发生器关键技术研究[d].国防科学技术大学,2023.】报道了一种特性阻抗为3ω左右的平板型固态脉冲形成线。图1(a)为该平板型固态脉冲形成线爆炸视图；图1(b)为该平板型固态脉冲形成线整体结构图；如图1(a)所示，该平板型固态脉冲形成线由陶瓷介质板1、2个结构电极(即曲线结构电极5-1和满结构电极5-2)、4个黄铜端子3和绝缘封装层4组成，陶瓷介质板1的上表面印有曲线结构电极5-1，下表面印有满结构电极5-2，且曲线结构电极5-1和满结构电极5-2与陶瓷介质板1的上表面和下表面在水平方向的几何中心重合，曲线结构电极5-1与满结构电极5-2上分别焊接两个黄铜端子3，陶瓷介质板1上安装好曲线结构电极5-1和满结构电极5-2和黄铜端子3后，采用绝缘封装层4封装(使用灌封法采用环氧树脂材料封装)。封装后的整体结构如图1(b)所示。

3、图2为不包含绝缘封装层4时该平板型固态脉冲形成线三视图，图2(a)是该平板型固态脉冲形成线俯视图；图2(b)是该平板型固态脉冲形成线正视图；图2(c)是该平板型固态脉冲形成线侧视图；图2(d)是该平板型固态脉冲形成线仰视图。受制备工艺限制，陶瓷介质板1是采用玻璃陶瓷材料目前成熟工艺所能制得的最大的陶瓷板，如图2(a)所示，该陶瓷介质板1为长度lx＝210mm，宽度ly＝170mm，厚度d＝7mm的玻璃陶瓷介质板，其相对介电常数为320。曲线结构电极5-1包含两个端口电极5-1-3和4个周期的u形电极(如图2(a)中虚线框内所示)，u形电极包含两侧直线段电极5-1-1和中间圆弧段电极5-1-2，其中直线段电极5-1-1宽度w为30mm，长度为l1，l1为40mm，圆弧段电极5-1-2外径r1＝35mm，内径r4＝5mm，圆心角为180°，端口电极5-1-3包含宽度为w，长度l2为60mm的第二直线段电极5-1-3-1和直径为w的半圆形电极5-1-3-2，曲线结构电极5-1的厚度t为0.05～0.15mm。如图2(d)所示，满结构电极5-2为长方形薄片，长等于lx，宽等于ly，厚度等于t。曲线结构电极5-1、满结构电极5-2采用银制备。如图2(b)和图2(c)所示，黄铜端子3为圆柱形，直径为d，高度为h，中心有螺纹孔，侧面挖有防滑凹槽，其中直径d为5～15mm，高度h为7～13mm，曲线结构电极5-1首尾两端端口电极5-1-3的半圆形电极5-1-3-2的圆心处的上表面分别焊接黄铜端子3，且满结构电极5-2的下表面也焊接有2个黄铜端子3与曲线结构电极5-1的2个黄铜端子3同轴心。

4、四个黄铜端子3分别被焊接在曲线结构电极5-1首尾两端端口电极5-1-3的半圆形电极圆心处和关于陶瓷介质板1镜相对称的满结构电极5-2对应位置。整个陶瓷介质板1、曲线结构电极5-1、满结构电极5-1、黄铜端子3采用环氧树脂进行封装，形成绝缘封装层4(参见图1(a))。尽管该平板型固态脉冲形成线可以有效减小形成线体积，但因该形成线内部直线段电极5-1-1和圆弧段电极5-1-2对应的形成线特性阻抗不一致，放电阶段电磁波在形成线内部传播时存在较大段间反射，导致其输出波形存在脉冲前沿及拖尾较长，且平顶质量较差的问题，影响了多级叠加后脉冲驱动源的输出特性，限制了负载的能量利用效率。因此，如何提升平板型固态脉冲形成线的输出特性，缩短脉冲形成线输出波形的前沿及拖尾和提升其平顶质量，一直是本领域技术人员关注的技术问题。

技术实现思路

1、本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有平板型固态脉冲形成线脉冲前沿及拖尾较长和平顶质量较差的问题，提供一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，采用阻抗匹配曲线结构电极使得形成线各段阻抗更均匀，减小准tem波在形成线上传播时的反射，使平板型固态脉冲形成线的输出波形质量得到提升，能够适应层叠线脉冲发生器的需求，在国防和工业等领域具有广泛的应用前景。

2、本专利技术的技术方案是：

3、本专利技术波形优化的平板型固态脉冲形成线由陶瓷介质板、2个结构电极(即2个阻抗匹配曲线结构电极，或1个阻抗匹配曲线结构电极和1个满结构电极)、4个黄铜端子组成，陶瓷介质板上表面印有1个阻抗匹配曲线结构电极，陶瓷介质板下表面印有满结构电极；或陶瓷介质板的上表面和下表面均印有阻抗匹配曲线结构电极。陶瓷介质板两个表面的结构电极(2个阻抗匹配曲线结构电极或1个阻抗匹配曲线结构电极与1个满结构电极)分别焊接有2个黄铜端子。陶瓷介质板上安装好2个结构电极和黄铜端子后，采用绝缘封装层封装。

4、所述陶瓷介质板通常采用相对介电常数εr>30的陶瓷电介质制备。陶瓷介质板为长度为lx，宽度为ly，厚度为d的长方体，其中lx和ly由制作工艺和电极结构决定，d根据形成线的设计阻抗和耐压综合决定，通常情况下30mm>d>1mm。陶瓷介质板优选采用玻璃陶瓷材料目前成熟工艺所能制得的最大的陶瓷板，lx为最大的陶瓷板的长，ly为最大的陶瓷板的宽。

5、阻抗匹配曲线结构电极采用金属材料制备，优选采用银制备。阻抗匹配曲线结构电极由两个阻抗匹配端口电极和n个周期的u形电极组成，周期n为正整数，根据用户的脉宽需求和陶瓷介质板的尺寸确定，通常情况下40≥n≥1。其中阻抗匹配端口电极包含一段第二阻抗匹配直线段电极和半圆形电极；u形电极由两侧阻抗匹配直线段电极、中间阻抗匹配圆弧段电极和过渡段电极组成，过渡段电极连接阻抗匹配直线段电极与阻抗匹配圆弧段电极。阻抗匹配直线段电极宽度为w，满足w＞r1-r2，r1为阻抗匹配圆弧段电极的外径,r1＝w+ds/2，r2为阻抗匹配圆弧段电极的内径，阻抗匹配圆弧段电极的宽度为r1-r2；阻抗匹配直线段电极和过渡段电极总长度为l1，l1根据形成线的脉宽2τ确定。为保证抗沿面闪络能力，阻抗匹配圆弧段电极离陶瓷介质板边缘距离s>d/2，相邻阻抗匹配直线段电极的间距ds>d/2。阻抗匹配端口电极中的第二阻抗匹配直线段电极的长度为l2，阻抗匹配端口电极的半圆形电极半径等于w/2，且满足关系l2＝ly-(r1+w/2+2s+l1)。陶瓷介质板的长度满足lx＝(n+1)w+n×ds+2s,宽度ly＝2(l1+r1+s)。

6、所述阻抗匹配直线段电极宽度w的精确值由公式(1)解方程确定

7、

8、其中z1为阻抗匹配直线段电极对应形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，由陶瓷介质板(1)、2个结构电极、4个黄铜端子(3)组成，陶瓷介质板(1)上表面和下表面各印有1个结构电极，陶瓷介质板(1)上表面和下表面的结构电极分别焊接有2个黄铜端子(3)，陶瓷介质板(1)上安装好2个结构电极和黄铜端子(3)后，采用绝缘封装层(4)封装；其特征在于所述2个结构电极指2个阻抗匹配曲线结构电极(2-1)，所述陶瓷介质板(1)上表面和下表面均印有阻抗匹配曲线结构电极(2-1)，在陶瓷介质板(1)上表面阻抗匹配曲线结构电极(2-1)和下表面阻抗匹配曲线结构电极(2-1)互为镜相对称，上表面阻抗匹配曲线结构电极(2-1)首尾两端的阻抗匹配端口电极(2-1-4)的半圆形电极(2-1-4-2)的圆心处的上表面分别焊接黄铜端子(3)，下表面阻抗匹配曲线结构电极(2-1)的首尾两端阻抗匹配端口电极(2-1-4)的半圆形电极(2-1-4-2)的圆心处的下表面也焊接有2个黄铜端子(3)，且下表面2个黄铜端子(3)与上表面2个黄铜端子(3)同轴心；

2.如权利要求1所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述2个结构电

3.如权利要求1所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述陶瓷介质板(1)采用的陶瓷电介质的相对介电常数εr>30；陶瓷介质板(1)的厚度d满足30mm>d>1mm；陶瓷介质板(1)的长度满足Lx＝(n+1)w+n×ds+2s,宽度Ly＝2(l1+r1+s)。

4.如权利要求2所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述陶瓷介质板(1)采陶瓷介质板(1)为采用玻璃陶瓷材料所能制得的最大的陶瓷板，Lx为最大的陶瓷板的长，Ly为最大的陶瓷板的宽。

5.如权利要求1所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述阻抗匹配曲线结构电极(2-1)采用银制备；所述U形电极的周期数n满足40≥n≥1。

6.如权利要求1所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述阻抗匹配直线段电极(2-1-1)的宽度w由公式(1)解方程确定

7.如权利要求1所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述阻抗匹配圆弧段电极(2-1-2)的外径r1＝w+ds/2，阻抗匹配圆弧段电极(2-1-2)的内径r2由公式(2)解方程确定：

8.如权利要求1所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述阻抗匹配端口电极(2-1-4)中的第二阻抗匹配直线段电极(2-1-4-1)的长度l2＝Ly-(r1+w/2+2s+l1)；阻抗匹配直线段电极(2-1-1)和过渡段电极(2-1-3)总长度l1由公式(3)解方程确定：

9.如权利要求1所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述黄铜端子(3)的D为7～13mm，高度h为5～15mm，黄铜端子(3)采用黄铜材料制备。

10.如权利要求2所述的波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述满结构电极(5-2)采用银制备。

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【技术特征摘要】

2.如权利要求1所述的一种波形优化的平板型固态脉冲形成线，其特征在于所述2个结构电极指1个阻抗匹配曲线结构电极(2-1)和1个满结构电极(5-2)；所述陶瓷介质板(1)上表面印有1个阻抗匹配曲线结构电极(2-1)，陶瓷介质板(1)下表面印有满结构电极(5-2)；上表面阻抗匹配曲线结构电极(2-1)首尾两端的阻抗匹配端口电极(2-1-4)的半圆形电极(2-1-4-2)的圆心处的上表面分别焊接黄铜端子(3)，满结构电极(5-2)的下表面也焊接有2个黄铜端子(3)，且满结构电极(5-2)的下表面2个黄铜端子(3)与阻抗匹配曲线结构电极(2-1)上表面的2个黄铜端子(3)同轴心；满结构电极(5-2)采用金属材料制备。

3.如权利要求1所述的一种波形优化的平...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嵩，付泽斌，贾成林，曾凡正，刘一锋，葛行军，巨金川，钱宝良，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人