高压脉冲延时线研究

论文摘要

高重复频率脉冲发生器的负载一般是感应腔、二极管电子枪等非线性元件,很难与脉冲发生器输出阻抗完全匹配,这就不可避免地要产生反射脉冲。为了避免反射脉冲对主脉冲的影响,即隔离反射脉冲,本论文研究了低损耗、小畸变的高压脉冲延时线——水介质脉冲延时线。通过数值模拟和实验深入地了解了水介质脉冲延时线能量传输损耗和脉冲波形畸变因素,传输脉冲幅度损耗的主要因素是趋肤效应损耗和水介质泄漏损耗;传输脉冲畸变因素较复杂,主要是趋肤效应损耗引起的脉冲前沿损失和延时线阻抗不均匀引起的脉冲平顶波动。本论文介绍了延时线的基本理论,对其能量传输损耗和脉冲波形畸变因素以及耐压强度进行了分析。根据应用和实验需求,设计了一套12Ω、电长度为200ns～500ns脉冲延时线原理性实验装置,并对其能量传输损耗进行了理论分析;同时设计了一套工作电压大于200 kV、阻抗为24Ω、电长度为300ns的高压实验装置,并对其能量传输损耗和耐压强度进行了理论分析。在物理设计基础上,建立了两套实验装置和实验平台,并进行小信号实验和高压实验。通过低压脉冲信号传输实验,了解了延时线传输脉冲幅度损耗大小和脉冲波形畸变程度;通过高压脉冲传输实验,了解了延时线的耐压强度和耐压设计需要注意的问题。编写了延时线损耗数值模拟程序,主体是对电报方程进行数值求解。利用该程序模拟了脉冲延时线传输脉冲的过程,了解了趋肤效应损耗和水介质泄漏损耗对传输脉冲前沿影响大小;利用PSpice程序模拟了绝缘支撑对传输脉冲的影响,以此了解其对脉冲幅度影响不大,主要会引起脉冲平顶畸变;利用Magic程序模拟了直角弯道对传输脉冲的影响,了解了其对传输脉冲的影响较小。最后,调研了碳酸丙烯介质特性,利用原理性实验装置进行了初步实验,以了解碳酸丙烯作为延时线传输介质的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究情况
• 1.2.1 水介质脉冲延时线
• 1.2.2 超导延时线
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 脉冲延时线理论分析
• 2.1 基本理论
• 2.2 能量传输损耗和脉冲波形畸变分析
• 2.2.1 金属导体中的损耗
• 2.2.2 绝缘电介质的损耗
• 2.2.3 幅度损耗和波形畸变影响的其它因素
• 2.3 耐压分析
• 2.3.1 液体介质耐压
• 2.3.2 绝缘支撑的沿面闪络
• 2.4 本章小结
• 第三章 实验装置设计
• 3.1 原理性实验装置物理设计及结构
• 3.2 高压实验装置物理设计及结构
• 3.3 弯道传输线设计
• 3.3.1 弯道传输线结构
• 3.3.2 直角弯道耐压分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 数值模拟
• 4.1 传输损耗模拟
• 4.2 绝缘支撑影响模拟
• 4.3 直角弯道传输影响模拟
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验装置及实验结果
• 5.1 12Ω原理性实验装置及实验
• 5.2 24Ω高压实验装置及实验
• 5.2.1 低压小信号实验
• 5.2.2 高电压脉冲传输实验
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 其它液体介质延时线实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录