一种基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种将高压脉冲前沿锐化并耦合振荡输出高功率微波的高功率微波发生器。该发生器结构紧凑、频率可调，可作为高功率微波辐照源应用于电子设电磁易损性研究中。
【背景技术】
[0002]虽然高功率微波产生技术已经发展较为成熟，但传统的高功率微波源由于其多基于微波管体制，需要真空超导环境且尺寸较大、连续工作时间较短。因此设计一种连续工作时间长，且无真空超导环境要求的高功率微波发生器十分必要。
[0003]根据当前高功率微波发生器使用微波管的种类可将其分为，磁绝缘线振荡器、真空硬管磁绝缘线振荡器、虚阴极振荡器、相对论磁控管放大器、相对论速调管振荡器、多波切伦科夫发生器、返波管振荡器等。传统微波发生器均是基于电子在真空环境的回旋谐振，利用谐振腔和超强磁场控制工作频率，所需的附加系统包括真空栗，超导磁体、以及冷却系统等，所以整个发生器的重量和体积比较庞大，成本较高而且连续工作时间受限于微波管的寿命而较短。因此，在新型高功率发生器设计过程中要改进下列问题:
[0004]?工作于真空的环境
[0005]?超导磁体的使用
[0006]?发生器的冷却
[0007]?发生器的连续工作时间
【发明内容】
[0008]要解决的技术问题
[0009]本发明要解决的问题是:针对高功率微波发生器的使用要求，设计一种同轴结构的基于非线性传输线的高功率微波发生器。该发生器可以将输入的快前沿高压脉冲电信号转化为高功率微波信号，其具有成本低、可重复使用、通用性强、使用方便安全等优点。
[0010]技术方案
[0011]—种基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器，其特征在于包括第一固定法兰、第二固定法兰、传输线外导体、传输线内导体、非线性铁氧体磁环前段、非线性铁氧体磁环后段、螺线管、固态电介质和尼龙固定装置；传输线内导体通过第一固定法兰和第二固定法兰共轴放置于传输线外导体内部，非线性铁氧体磁环前段和非线性铁氧体磁环后段嵌套于传输线内导体上且使用尼龙固定装置分隔，传输线外导体内部除过传输线内导体、非线性铁氧体磁环前段、非线性铁氧体磁环后段的空间由固态电介质进行灌封，螺线管共轴缠绕于外导体的外部对应于非线性铁氧体磁环的上方。
[0012]所述的非线性铁氧体磁环前段和非线性铁氧体磁环后段是由微波铁氧体材料烧结成型的一种环状结构。
[0013]所述的微波铁氧体材料为Li系、Mn系或NiZn系。
[0014]所述的固态电介质为环氧树脂。
[0015]有益效果
[0016]本发明提出的一种基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器，可以将输入的快前沿高压脉冲电信号转化为高功率微波信号，其具有成本低、可重复使用、通用性强、使用方便安全等优点。
【附图说明】
[0017]图1发生器2-D结构图
[0018]图2输入电压波形图
[0019]图3输出微波振荡波形图
【具体实施方式】
[0020]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0021]本发明解决技术问题的方案是:首先，该高功率微波发生器主要由同轴传输线，螺线管(位于同轴线外部)，非线性铁氧体磁环(两段)，电介质材料等部分组成，其模型图如图1所示。
[0022]同轴传输线具有阻抗设计易实现，结构对称，截止频率较高等优点，其主模式为TEM模式，其是否能够传输高次模式的电磁波与其内、外导体径向尺寸有关，通过合理设计，可使高于发生器工作频率的电磁波在同轴线内截止；此外，采用介电常数较大的固态电介质如环氧树脂，可在不增大同轴线径向尺寸的前提下提高其功率容量和击穿电压。
[0023]螺线管位于同轴线外部，当其工作时螺线管内部会产生近似轴向匀强磁场，该磁场可使铁氧体饱和磁化。
[0024]非线性铁氧体磁环是由微波铁氧体材料(一般有Li系、Mn系、NiZn系)烧结成型的一种环状结构，加载于同轴线内导体上的非线性铁氧体磁环一方面利用其相对磁导率的非线性特性实现输入脉冲的前沿锐化，另一方面使前沿锐化后的高压电脉冲与饱和磁化的非线性铁氧体磁环相互耦合作用产生高频振荡激励起高功率微波。
[0025]—种基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器，包括第一固定法兰1、第二固定法兰2，外导体3，内导体4，铁氧体磁环5、6，螺线管7，固态电介质8，尼龙固定装置9 ;内导体4通过第一固定法兰I和第二固定法兰2共轴放置于外导体3内部，非线性铁氧体磁环5、6嵌套于内导体4上并被尼龙固定装置9分隔为两部分，外导体4内部除过内导体3、铁氧体磁环5、6的空间由固态电介质8进行灌封，螺线管7共轴缠绕于外导体3的外部非线性铁氧体磁环6的上方。
[0026]当高压脉冲从固定法兰I左端的端口输入时，脉冲大电流馈入铁氧体磁环5，随着脉冲电流的传输，流过铁氧体磁环5的电流幅值不断增大，铁氧体相对磁导率不断减小，脉冲的高幅值部分传播速度不断增大，脉冲前沿锐化；同时电源为螺线管7供电，根据右手螺旋定则螺线管内部会生成轴向恒稳偏置磁场，该磁场将铁氧体磁环6饱和磁化，其内部磁矩方向与偏置磁场方向一致；通过铁氧体磁环5前沿锐化的脉冲开始馈入铁氧体磁环6，由于脉冲传播方向为轴向，则脉冲磁场的方向为角向，此时脉冲角向磁场与铁氧体磁环6内部的轴向磁矩相互作用产生旋磁进动，进而激励起高功率微波；产生的高功率微波可通固定法兰2右端的端口激励辐射系统。特别的，该发生器可通过选择不同的铁氧体材料，和调节偏置磁场大小调节输出的高功率微波的工作频率。
[0027]这种基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器可将输入的高压脉冲前沿锐化并耦合振荡生成高频高功率微波输出。发生器无需真空环境、超导磁体以及冷却系统，具有使用方便，工作安全，体积紧凑、试验成本低，可重复使用等优点。可实际应用于高功率微波研究等多领域，作为系统的高功率微波发生器使用。
【主权项】
1.一种基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器，其特征在于包括第一固定法兰(I)、第二固定法兰(2)、传输线外导体(3)、传输线内导体(4)、非线性铁氧体磁环前段(5)、非线性铁氧体磁环后段(6)、螺线管(7)、固态电介质⑶和尼龙固定装置(9);传输线内导体(4)通过第一固定法兰(I)和第二固定法兰(2)共轴放置于传输线外导体(3)内部，非线性铁氧体磁环前段(5)和非线性铁氧体磁环后段(6)嵌套于传输线内导体(4)上且使用尼龙固定装置(9)分隔，传输线外导体(4)内部除过传输线内导体(3)、非线性铁氧体磁环前段(5)、非线性铁氧体磁环后段(6)的空间由固态电介质(8)进行灌封，螺线管(7)共轴缠绕于外导体(3)的外部对应于非线性铁氧体磁环(6)的上方。2.根据权利要求1所述的基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器，其特征在于所述的非线性铁氧体磁环前段(5)和非线性铁氧体磁环后段(6)是由微波铁氧体材料烧结成型的一种环状结构。3.根据权利要求2所述的基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器，其特征在于所述的微波铁氧体材料为Li系、Mn系或NiZn系。4.根据权利要求1所述的基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器，其特征在于所述的固态电介质(8)为环氧树脂。
【专利摘要】本发明涉及一种基于非线性传输线的同轴高功率微波发生器，包括第一固定法兰、第二固定法兰、传输线外导体、传输线内导体、非线性铁氧体磁环前段、非线性铁氧体磁环后段、螺线管、固态电介质和尼龙固定装置，一方面将输入的高压脉冲前沿锐化，另一方面将输入脉冲磁场与非线性材料磁矩相互耦合作用产生高频微波振荡信号输出，具有重复频率高、通用性强，使用成本低、方便安全等优点。
【IPC分类】H01P1/04
【公开号】CN105226350
【申请号】CN201510526800
【发明人】赵程光, 何鹏军, 谢军, 田川, 蒋丹, 王亚杰, 荆晓鹏, 金兆鑫, 解江远, 李奇威
【申请人】西安电子工程研究所
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年8月25日