论文摘要
传输线脉冲变压器（Transmission Line pulse Transformer, TLT）具有良好的高频特性,且符合当代脉冲功率装置紧凑化、高重频和全固态方向的发展要求,近来在国内外受到了广泛关注。本论文通过对TLT一般性理论的研究,完整地提出了TLT设计的方法及步骤,并重点推导出了次级线电感的优化设计方案,最终研制出一台四级TLT。本文的研究结果对TLT在脉冲功率技术领域的应用具有一定的指导意义。论文研究内容主要包括以下几个方面:1.对TLT进行了理论分析。对TLT基本原理进行了分析,指出TLT结构中存在的次级线会导致输出脉冲平顶下降。详细分析了两级TLT中波的具体传输过程,并推广到n级情形。对TLT电压增益（变比）进行了细致的分析,结果显示:TLT级数不宜过高,一般选取不超过10为宜。对TLT的频率响应进行了细致分析,表明TLT高频响应良好,选择合适参数时,可高达1 GHz。2.对TLT次级线电感的优化进行了细致研究。分析讨论了级间有耦合和级间无耦合两种TLT典型的拓扑结构,在一般情况下推导出了此两种结构下TLT的输出脉冲电压幅值的计算公式。为实现TLT磁芯体积最小化,对各级次级线电感大小进行了优化,优化结果为:（1）级间无耦合结构从第二级开始电感逐级增加,第n级次级线电感的最优大小为第二级的（n-1）倍;（2）级间有耦合结构中,各次级线电感优化后大小应相同。对优化后级间有耦合、无耦合结构进行了比较,指出级间有耦合结构最适于TLT的紧凑化设计;而无耦合结构更简单,易于实现低阻抗输出。3.开展了TLT的电路数值模拟研究。电路数值模拟研究证实了理论分析结果,即所用传输线的电长度对输出波形存在影响,当所用传输线电长度小于输入脉宽的一半时,输出波形出现畸变;另外,引线电感、杂散电容对输出结果的上升前沿和后沿也有较大影响,应将接头尽量做紧凑,同时使装置远离接地良导体。4.研制出一台四级TLT。开展了TLT低压测试实验研究,在此基础上确定了高压TLT的装配方案,研制出一台直径约300 mm、高约450 mm、重量45 kg的级间无耦合结构的四级TLT。在Blumlein线平台上开展了TLT变压效果实验研究,结果表明:从Blumlein线输出幅值10 kV、脉宽150 ns、上升沿20 ns的脉冲,作为输入脉冲经过TLT变压后,在TLT输出端负载上得到幅值约40 kV、脉宽150 ns、上升沿约20 ns的脉冲。此种类型和性能的脉冲变压器尚未见报道。
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标签：传输线脉冲变压器论文; 频率响应论文; 次级线论文; 优化论文; 耦合论文;