一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，为了提高目前宽谱高功率微波系统中宽谱谐振器的输出功率，采用两个开关激励同轴宽谱谐振器共用一个环形对地开关和“T”字形充电结构，实现了两个谐振器的同步谐振与同步输出，相同充电电压下可使宽谱谐振器产生的宽谱高功率微波功率提高一倍，进而可使宽谱辐射系统等效辐射功率提高一倍。可以广泛应用于宽谱高功率微波系统、强电磁脉冲研究等领域。
【专利说明】一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器
【技术领域】
[0001]本发明涉及高功率微波产生【技术领域】，具体是指一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器。
【背景技术】
[0002]高功率微波技术(High Power Microwave)是核技术中衍生出的一门新兴学科领域，是脉冲功率技术、相对论电真空器件、天线技术等多学科相结合的综合学科。其中宽谱高功率微波(Mesoband High Power Microwave)由于其频谱较宽，功率密度比超宽谱高功率微波高，具有很大的应用潜力，在电磁脉冲模拟器、强电磁兼容试验及路边炸弹排爆等领域都有广泛应用。
[0003]目前已有的宽谱高功率微波的产生方式主要有四种，从最早的开关自谐振天线，到之后提出的开关激励同轴谐振器、非平衡Blumlein线和非线性传输线，它们的产生机理和研究现状各有不同，也各有优缺。其中开关激励同轴谐振器因为结构紧凑、功率容量高，得到了最为广泛的应用，其工作原理如图1所示:高压电源Ktl通过充电保护电阻Z充电给长为7的低阻(Zt)同轴线充电，对地开关导通后，产生一阶跃脉冲往天线方向传播，由于传输线与天线之间存在很强的正失配(ZtZa),激励脉冲在负载正反射和短路开关的负反射之间来回反射形成谐振，同时向外辐射能量，产生的谐振宽带脉冲的中心频率A为'f, = c/47,式中，为电磁波在传输线中的传输速度。
[0004]在充电电压和输出频率一定的情况下，为了获得更高的输出功率，只有将同轴传输线阻抗降低，然而，一味降低同轴传输线阻抗将带来功率容量下降、谐振器尺寸和重量大大增加等问题，因此需要一种能产生更大功率宽谱高功率微波的紧凑型同轴谐振器。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提高目前宽谱高功率微波系统中宽谱谐振器的输出功率，采用两个开关激励同轴宽谱谐振器共用一个环形对地开关和“T”字形充电结构，实现了两个谐振器的同步谐振与同步输出，相同充电电压下可使宽谱谐振器产生的宽谱高功率微波功率提高一倍，进而可使宽谱辐射系统等效辐射功率提高一倍。可以广泛应用于宽谱高功率微波系统、强电磁脉冲研究等领域。
[0006]本发明采用的技术方案:
一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，包括一体化外筒和谐振内筒，其特征在于:
所述一体化外筒内部包括三个圆筒型空腔，呈“T”字形组合在一起，整体结构左右对称；
所述谐振内筒为两个，分别设置在一体化外筒内的水平方向的两个空腔内，两个谐振内筒对称设置；
所述两个谐振内筒之间设置有环形对地开关，两个谐振内筒通过螺钉与环形对地开关连接为一体；
所述谐振内筒的另一端面与介质耦合盘连接，介质耦合盘的中心设置有对外的输出耦合器；
所述一体化外筒的另一个垂直空腔内设置有“T”字形充电杆，充电杆的两端分别连接一个谐振内筒。
[0007]在上述技术方案中，所述谐振内筒是一端为圆锥的圆筒结构，圆锥顶端面与环形对地开关连接。
[0008]在上述技术方案中，所述谐振内筒的圆锥面上设置有小孔，小孔与“T”字形充电杆连接。
[0009]在上述技术方案中，所述环形对地开关为圆柱体结构，圆柱面中央处设置有圆环。
[0010]在上述技术方案中，所述介质耦合盘由绝缘介质加工而成，为盆形结构，底面设置有螺柱用于与谐振内筒连接。
[0011]在上述技术方案中，所述输出耦合器为圆杆结构，一端设置有圆盘，用于与介质耦合盘的端面连接。
[0012]在上述技术方案中，所述“T”字形充电杆由水平放置的螺纹管和一竖直放置的圆柱杆焊接为一整体。
[0013]在上述技术方案中，输出I禹合器、谐振内筒、环形对地开关均处于同一轴线。
[0014]本发明的工作原理为:采用脉冲高压电源通过“T”字形充电杆给两个同轴谐振内筒充电，当电压升高到一定值时，环形对地开关中央圆环边缘的电场强度将增强到同轴谐振腔内所充气体的绝缘击穿阈值，环形对地开关中央圆环(高电位)与一体化外筒(零电位)之间的间隙发生击穿，产生两路传播方向相反的阶跃脉冲往左右两个谐振腔的开路端传播，由于阶跃脉冲前沿到达开路端时存在正反射，该两路阶跃脉冲就在各自所在谐振腔内的对地开关短路面和开路面之间来回反射并形成同步的谐振，同时通过两个输出耦合器将谐振能量耦合同步的输出到两路输出同轴线中，输出两路同步的宽谱高功率微波。
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:从上述工作原理描述中可以看到，采用本发明公布的特殊结构，使得两个开关激励同轴谐振腔共用一个环形对地开关和“T”字形充电杆，可以实现同步充电和激励开关同步对地导通，最终保证了两个同轴谐振腔同步谐振和同步输出，相比单个宽谱谐振器可使输出宽谱高功率微波的功率提高一倍。
[0016]该谐振器结构紧凑、输出功率高，两路输出同步，可以广泛应用于宽谱高功率微波辐射系统、强电磁脉冲研究等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1是开关同轴谐振器工作原理图；
图2是双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器结构示意图；
图3是模拟波形图；
其中:1是一体化的外筒；2是谐振内筒；3是环形对地开关；4是介质耦合盘；5是输出耦合器；6是“T”字形充电杆。
【具体实施方式】
[0018]如图2所示，本发明由一体化的外筒、两个谐振内筒、环形对地开关、两个介质耦合盘、两个输出耦合器和“ T ”字形充电杆组成。
[0019]体化的外筒由金属加工而成，含有三个圆筒型空腔，呈“T”字形组合在一起，整体结构左右对称，其中水平放置的两个空腔用于放置谐振器内筒，形成两个相同的同轴谐振器，垂直放置的空腔用于放置“T”字形充电杆，高压电源通过“T”字形充电杆给两个谐振器的内筒充电。
[0020]谐振内筒由金属加工而成，为一段带圆锥的圆筒结构，圆锥顶端面和筒平底端面各有一螺孔，分别与环形对地开关和介质耦合盘连接，圆锥面上有一较小螺孔，通过紧固螺钉与“T”字形充电杆连接。
[0021]环形对地开关由金属加工而成，为一圆柱体结构，两端面有螺孔，通过紧固螺钉与两边的谐振内筒连接，圆柱面中央处有一半径较大的圆环，作为环形火花隙开关的电极。
[0022]介质耦合盘由绝缘介质(如有机玻璃、尼龙、聚四氟乙烯等，包含但不仅限于)加工而成，为一盆形结构，底面有一螺柱，固定于谐振内筒的筒平底端面中心的螺孔内。
[0023]输出稱合器米用金属加工而成，为一细长圆杆结构，其中一端带有圆盘，用于将同轴谐振腔内的能量耦合到输出同轴传输线中，圆盘边缘做圆倒角以避免绝缘击穿。
[0024]“T”字形充电杆采用金属加工而成，结构为一水平放置的螺纹管和一竖直放置的圆柱杆呈“T”字形焊接为一体，螺纹管两端通过紧固螺钉分别与两边的谐振内筒连接。
实施例
[0025]按上述发明方案设计了一款输出宽谱高功率微波中心频率为600MHz的双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，具体结构设计如下:
一体化外筒采用不锈钢加工，内径100mm、长290mm ；
谐振内筒采用不锈钢加工，外径为87mm、长73mm ；
环形对地开关采用不锈钢加工，外径25mm,长40mm,中央圆环外径30mm ；
介质耦合盘采用聚四氟乙烯加工，底部直径65mm，盆口直径105mm，底部厚度为8mm，盆壁厚5mm ；
输出稱合器采用不锈钢加工，圆盘直径45_、厚3mm,长杆直径11.5_、长70_ ；
“T”字形充电杆采用不锈钢加工。
[0026]在脉冲充电电压为200kV、充电上升沿为6ns、环形对地开关导通速度为0.5ns时，在两个同轴输出端口输出的宽谱高功率微波波形同步并且一致，如图3所示，峰值为135kV。
[0027]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【权利要求】
1.一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，包括一体化外筒和谐振内筒，其特征在于: 所述一体化外筒内部包括三个圆筒型空腔，呈“T”字形组合在一起，整体结构左右对称； 所述谐振内筒为两个，分别设置在一体化外筒内的水平方向的两个空腔内，两个谐振内筒对称设置； 所述两个谐振内筒之间设置有环形对地开关，两个谐振内筒通过螺钉与环形对地开关连接为一体； 所述谐振内筒的另一端面与介质耦合盘连接，介质耦合盘的中心设置有对外的输出耦合器； 所述一体化外筒的另一个垂直空腔内设置有“T”字形充电杆，充电杆的两端分别连接一个谐振内筒。
2.根据权利要求1所述的一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，其特征在于所述谐振内筒是一端为圆锥的圆筒结构，圆锥顶端面与环形对地开关连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，其特征在于所述谐振内筒的圆锥面上设置有小孔，小孔与“T”字形充电杆连接。
4.根据权利要求1所述的一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，其特征在于所述环形对地开关为圆柱体结构，圆柱面中央处设置有圆环。
5.根据权利要求1所述的一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，其特征在于所述介质耦合盘由绝缘介质加工而成，为盆形结构，底面设置有螺柱用于与谐振内筒连接。
6.根据权利要求1或5所述的一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，其特征在于所述输出耦合器为圆杆结构，一端设置有圆盘，用于与介质耦合盘的端面连接。
7.根据权利要求1所述的一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，其特征在于所述“T”字形充电杆由水平放置的螺纹管和一竖直放置的圆柱杆焊接为一整体。
8.根据权利要求1所述的一种双路同步输出宽谱高功率脉冲产生器，其特征在于输出耦合器、谐振内筒、环形对地开关均处于同一轴线。
【文档编号】H01J23/36GK104332689SQ201410606785
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】孟凡宝, 徐刚, 陆巍, 杨周炳, 丁恩燕, 张晋琪 申请人:中国工程物理研究院应用电子学研究所