同轴两级重入脉冲形成线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脉冲形成线，特别是涉及一种同轴两级重入脉冲形成线。
【背景技术】
[0002]在脉冲功率技术领域，用于产生高电压脉冲的方法有许多种，其中单同轴线(文献 I:S.D.Korovin, V.V.Rostov, S.D.Polevin, Pulsed power-driven high-powermicrowave sources, Proceedings of the IEEE，Vol.92，N0.7 ; July 2004)和双同轴线(也称为同车由Blumlein线)(文献2:J.C.Martin, Nanosecond pulse techniques, Proceedingsof the IEEE, Vol.80, N0.6 June 1992)是最常见的脉冲形成线。脉冲形成线内填充的电介质通常是高压气体或变压器油，脉冲形成宽度与形成线长度的比值分别是6.7ns/m和lOns/m。传统的同轴单线和双线结构简单，绝缘实现容易且可靠，输出脉冲功率高，但存在以下缺点:采用常用的高压气体或变压器油电介质输出百ns长脉冲时需要的同轴线长度很长。
[0003]希望获得较宽脉冲但又不希望脉冲形成装置很长的情况下，通常采用螺旋线(文献 3:S.D.Korovin, V.P.Gubanov, A.V.Gunin, et al.Repetitive nanosecondhigh-voltage generator based on spiral forming line.[C]//Pulsed PowerPlasma Science.2011:1249-1251)、高介电常数介质(文献 4:J.L.Liu, Y.Yin, B.Ge, et al.An electron—beam accelerator based on spiral water PFL, Laser andParticle Beams (2007)，25，593 - 599)、固体绝缘带状线(文献 5:Μ.T.Domonkos andJ.P.0’ Loughlin, Marxed transmiss1n lines for compact pulsed power, IEEETransact1ns on dielectrics and electrical insulat1n Vol.20, N0.6 ；December2013)和脉冲形成网络(文献 6: Jiancang Su, Xibo Zhang, Guozhi Liu, et al.ALong-pulse generator based on Tesla transformer and pulse-forming network, IEEETransact1n on Plasma Science, Vol.37, N0.10 ；0ctober 2009)等长脉冲产生技术，这些技术都实现了长脉冲产生装置的小型化，但存在以下缺点:系统结构复杂、绝缘可靠性降低。
【发明内容】
[0004]为了克服现有脉冲形成线结构复杂的不足，本发明提供一种同轴两级重入脉冲形成线。该脉冲形成线包括重入形成线段、主开关段和负载段。所述的重入形成线段由四个直径逐渐减小且长度相等的金属圆筒、后端盖和绝缘填充介质组成。其中，四个金属圆筒包含形成线外筒、中筒、第四筒和内筒。四个金属圆筒为套在一起的一体化同轴结构。四个金属圆筒形成外线、中线和内线三个脉冲形成线。使得本发明的输出脉冲宽度达到【背景技术】同轴线的三倍，匹配输出阻抗为外线波阻抗的三倍。为实现相同的输出脉宽，本发明的脉冲形成线长度为【背景技术】同轴单线和双线的1/3。本发明的匹配输出阻抗为外线波阻抗的三倍，能够提高对高阻负载的能量传输效率，结构简单。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种同轴两级重入脉冲形成线，其特点是包括重入形成线段1、主开关段2和负载段3。所述的重入形成线段I由四个直径逐渐减小且长度相等的金属圆筒、后端盖4和绝缘填充介质组成。其中，四个金属圆筒包含形成线外筒5、中筒6、第四筒7和内筒8。四个金属圆筒为套在一起的一体化同轴结构:形成线外筒5的一端通过法兰与后端盖4电接触连接，另一端通过法兰与开关外筒10电接触连接冲筒6的一端与内筒8的一端电接触连接，另一端与第四筒7电接触连接；第四筒7的另一端为自由端；内筒8的另一端与阴极9电接触连接。四个金属圆筒的相邻圆筒之间以及端部为绝缘填充介质。
[0006]形成线外筒5、中筒6、第四筒7和内筒8形成外线、中线和内线三个脉冲形成线。形成线外筒5、中筒6与两者之间的填充绝缘介质构成外线。中筒6和第四筒7与两者之间的填充绝缘介质构成中线。第四筒7、内筒8与两者之间的填充绝缘介质构成内线。外线、中线和内线的电长度相等。
[0007]所述的主开关段2由阴极9、开关外筒10、阳极11与填充的开关气体介质组成。开关外筒10的一端通过法兰与形成线外筒5电接触连接，另一端通过法兰与负载外筒12电接触连接。阴极9和阳极11组成主开关的两个电极，其一端分别为自由端，阴极9的另一端与内筒8电接触连接，阳极11的另一端与负载电阻13电接触连接。
[0008]所述的负载段3由负载外筒12、负载电阻13与绝缘填充介质组成。负载外筒12的一端通过法兰与开关外筒10电接触连接，另一端通过外法兰与负载电阻13电接触在连接，负载电阻13的匹配阻抗为重入形成线段I的外线和内线阻抗之和。负载外筒12与负载电阻13之间为绝缘填充介质。
[0009]所述绝缘填充介质是高气压气体或变压器油的任一种。
[0010]所述外线、中线和内线的波阻抗比值为3:2:6。
[0011]本发明的有益效果是:该脉冲形成线包括重入形成线段、主开关段和负载段。所述的重入形成线段由四个直径逐渐减小且长度相等的金属圆筒、后端盖和绝缘填充介质组成。其中，四个金属圆筒包含形成线外筒、中筒、第四筒和内筒。四个金属圆筒为套在一起的一体化同轴结构。四个金属圆筒形成外线、中线和内线三个脉冲形成线。使得本发明的输出脉冲宽度达到【背景技术】同轴线的三倍，匹配输出阻抗为外线波阻抗的三倍。为实现相同的输出脉宽，本发明的脉冲形成线长度为【背景技术】同轴单线和双线的1/3。本发明的匹配输出阻抗为外线波阻抗的三倍，能够提高对高阻负载的能量传输效率，结构简单。
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0013]图1是本发明同轴两级重入脉冲形成线的结构示意图。
[0014]图中，1-重入形成线段，2-主开关段，3-负载段，4-后端盖，5-形成线外筒，6_中筒，7-第四筒，8-内筒，9-阴极，10-开关外筒，11-阳极，12-负载外筒，13-负载电阻，14-左界面，15-右界面。
【具体实施方式】
[0015]以下实施例参照图1。
[0016]本发明同轴两级重入脉冲形成线包括重入形成线段1、主开关段2和负载段3。
[0017]所述的重入形成线段1，由4个直径逐渐减小且长度相等的金属圆筒、后端盖4和绝缘填充介质组成。其中，4个金属圆筒包含形成线外筒5、中筒6、第四筒7和内筒8。4个金属圆筒为套在一起的一体化同轴结构:形成线外筒5的一端通过法兰与后端盖4电接触连接，另一端通过法兰与开关外筒10电接触连接；中筒6的一端与内筒8电接触连接，另一端与第四筒7电接触连接；第四筒7的另一端开路(不连接)；内筒8的另一端与阴极9电接触连接。绝缘填充介质可为高气压气体或变压器油，填充在4个金属圆筒的相邻圆筒之间以及端部。
[0018]所述的重入形成线段1，包含3个脉冲形成线(外线、中线和内线)。形成线外筒5、中筒6和前两者之间的填充绝缘介质构成外线。中筒6和第四筒7和前两者之间的填充绝缘介质构成中线。第四筒7、内筒8和前两者之间的填充绝缘介质构成内线。外线、中线和内线的电长度(即电磁波传输的时间)相等，外线、中线和内线的波阻抗比值为3:2:6。
[0019]所述的主开关段2，包括开关外筒10、阴极9、阳极11和填充的开关气体介质组成。开关外筒10的一端通过法兰与形成线外筒5电接触连接，另一端通过法兰与负载外筒12电接触连接。阴极9和阳极11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9的另一端与内筒8电接触连接，阳极11的另一端与负载电阻13电接触连接。
[0020]所述的负载段3，包括负载外筒12、负载电阻13和填充的绝缘介质组成。负载外筒12的一端通过法兰与开关外筒10电接触连接，另一端通过外法兰与负载电阻13电接触在连接。负载电阻13的另一端与阳极11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I的外线和内线阻抗之和。绝缘填充介质可为高气压气体或变压器油，填充在外筒12和负载电阻13之间。
[0021]形成线外筒I接地，在慢充电过程中筒6、第四筒7和内筒8这三个金属圆筒充上幅值相等的高电压，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，输出脉宽为形成线电长度的6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，即此结构使输出脉冲宽度增大为原来的3倍。
[0022]本发明同轴两级重入脉冲形成线脉冲形成过程进一步描述如下:
[0023