一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高功率微波技术领域，尤其是涉及一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构。
【背景技术】
[0002]非线性传输线(NLTL)是目前高功率微波(HPM)辐射装置产生电磁脉冲的有效途径之一。它利用磁饱和NLTL的非线性和强色散特性，可直接将馈入的高压长脉冲转换为射频脉冲输出，与传统的HPM装置相比优势在于它无需驱动电子束、约束磁场系统和真空系统，同时还能通过设置电感磁芯的初始状态调节输出电磁脉冲的中心频率和相位，从而可以实现空间功率合成、波束扫描和频率动态调整。非线性传输线有两种技术路线，一种是基于非线性电容，另一种是基于非线性电感。由于基于非线性电感的NLTL，具有体积紧凑、能量效率高、和能够电调频、电调相等特点。交叉耦合电容的作用是增强NLTL电路的色散作用，可以实现快起振。
[0003]名称为“HPM systems based on NLTL technologies” 的文章(IET Conferenceon High Power RF Technologies, 2009: 548)公开了一种交叉親合磁饱和非线性传输线原理性框图，如图1所示。但具体的结构却未见报道，也未见有相似结构公开。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是通过一种合理的结构设计，实现具有高功率容量的交叉耦合磁饱和NLTL，实现利用NLTL产生高功率射频脉冲输出。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，包括同轴矩形外筒、外筒盖和同轴内芯，
所述矩形外筒与外筒盖通过螺钉固定连接为一体且矩形外筒内为密封空间，所述同轴内芯设置在矩形外筒内，且在矩形外筒内填充有变压器油，变压器油的高压击穿电压不小于 40kV，
所述同轴内芯包括若干个金属块内芯、陶瓷介质块和导体杆，金属块对称均匀分布在同轴线的上侧和下侧，同轴线上侧与下侧的金属块在同轴垂直线上错位设置，
从同轴内芯的输入到输出，导体杆依次连接在同轴线上侧与下侧的金属块之间，同轴线上侧或下侧的金属块与金属块之间设置有陶瓷介质块，
所述导体杆外表套有绝缘有机玻璃管，玻璃管的外表面套有铁氧体磁芯，
所述金属块内芯与同轴矩形外筒的内壁不接触。
[0006]在上述技术方案中，所述外筒盖上设置有气孔，气孔贯穿外筒盖，气孔上设置有孔塞。
[0007]在上述技术方案中，通过气孔向密封好的同轴矩形外筒内注入I至2个大气压力的SF6气体。
[0008]在上述技术方案中，所述导体杆、玻璃管、铁氧体磁芯均为圆柱形，且三者连接。
[0009]在上述技术方案中，所述陶瓷介质块对立的两侧面上设置有凹槽，金属块内芯的一端插入一个陶瓷介质的一个凹槽内。
[0010]在上述技术方案中，所述金属块内芯和圆柱导体杆的最大尺寸小于P波段和L波段波长的十分之一。
[0011]本发明的工作原理是:当输入的高功率脉冲通过时，在NLTL中产生两个并行过程，首先是非线性过程:高压脉冲电流穿过NLTL单元环型铁氧体磁芯，铁氧体磁芯迅速由非饱和状态磁化为饱和状态(饱和电感U，使馈入脉冲的前沿产生突变的冲击波前；第二个过程色散过程:由矩形同轴结构内芯金属块、陶瓷介质和矩形同轴结构外壁构成的电容C和由环形铁氧体磁芯构的饱和电感以及由两相邻矩形同轴结构内芯金属块以及中间的陶瓷介质构成的交叉耦合电容C’共同构成的具有交叉耦合电容的人工传输线电路(交叉耦合电容的作用是增加色散作用)，具有独特色散关系，形成的冲击波前在这一人工线中传输时，激励出的振荡电磁脉冲群速Vg低于阶跃前沿传播速度Vs，能量逐渐以振荡电磁波形式往脉冲后沿蔓延，在沿NLTL传输过程中调制出高频电磁脉冲。为了实现高功率容量，整个NLTL同轴结构内充变压器油实验高功率容量。
[0012]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:利用本发明可以构建出具有高功率容量的交叉耦合磁饱和非线性传输线具体结构，实现高功率射频脉冲的产生，解决利用非线性传输线产生高功率微波的技术难题。
【附图说明】
[0013]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1是交叉耦合磁饱和NLTL原理框图；
图2是本发明的结构剖面示意图；
图3是图2的A-A’视图；
图4是NLTL结构节点电容C结构示意图；
图5是NLTL结构节点间交叉耦合电容C’结构示意图；
图6是NLTL结构节点电感结构示意图；
图7是高功率交充叉耦合磁饱和NLTL设计实例示意图；
图8是NLTL馈入脉冲；
图9是NLTL产生的射频脉冲；
图10是NLTL产生的射频脉冲频谱；
其中是矩形同轴结构外筒；2是金属块内芯；3是陶瓷介质块；4是圆柱导体杆；5是绝缘有机玻璃管；6是环形铁氧体磁芯；7是变压器油。
【具体实施方式】
[0014]如图1 所不，该图为名称为“HPM systems based on NLTL technologies”的文章(IET Conference on High Power RF Technologies, 2009: 548)公开的一种交叉親合磁饱和非线性传输线原理性框图，从该文公开以来一直未见相对应的结构或设备公开。
[0015]本发明是在上述公开的文章基础上通过矩形同轴线结构设计，构建出交叉耦合磁饱和非线性传输线所要求的电容、电感和交叉耦合电容，实现交叉耦合磁饱和非线性传输线电路。
[0016]本发明的结构如图2、图3所示，主要由下述几个部分组成:矩形同轴结构外筒、金属块内芯、陶瓷介质块、圆柱导体杆、绝缘有机玻璃管、环形铁氧体磁芯、绝缘变压器油介质。本发明的交叉耦合磁饱非线性传输线可以工作在P和L波段。高功率脉冲信号从NLTL一端馈入后，脉冲在经过非线性和色散作用，最终实现高功率射频脉冲的产生。
[0017]具体实施采用以下设计:
I )高功率容量设计
为提高功率容量在满足电路性能指标的前提下，应通过数值模拟找出最大场强结构位置，通过尖角倒圆等措施降低电场强度。在陶瓷介质材料选取时，应选用无杂质和孔缝绝缘特性优良的质密95高压陶瓷。
[0018]为了实现NLLT的高