传输线充电技术实现高功率亚纳秒电磁脉冲调制

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1、!第!"卷!第!期强激光与粒子束#$%&!"!’$&!!!())*年!月+,-+./012345124’6.427,831914:5;<=&!())*!文章编号!!!))!>?@(("())*#)!>)!AB>)?传输线充电技术实现高功率亚纳秒电磁脉冲调制"许建军!!(!!廖!成!!!肖开奇("!!西南交通大学电磁场与微波技术研究所!成都A!))@!$!(!西南电子设备研究所!成都A!))@A#!!摘!要!!分析比较了阻抗匹配和失配情况下传输线充电的原理和波过程%分析结果表明&失配情况下的最大优点是能够实现脉冲功率增益%应用阻抗为(*!’长度为B?)CC传输线为充电

2、传输线和长度分别为@)!?B!A)CC’阻抗均为B!传输线为被充电传输线进行了对比试验%实验结果表明&在距离辐射天线AC处!输出辐射场强随低阻抗传输线长度增加而略有增加!最大辐射场强为?"D#(C!考虑气体开关的实际能量损耗!这与理论分析的充电电压和功率增益关系相吻合$长度为?BCC的B!被充电传输线的输出脉冲前沿约(!)EF!幅度约为!B)D#%!!关键词!!充电传输线$!亚纳秒$!高功率脉冲$!阻抗匹配$!辐射场强$!波过程!!中图分类号!!7’*G(!!!!文献标识码!!4!!脉冲电压幅度达百D#量级’前沿或脉宽达亚=F量级的高功率超宽带电磁脉冲通过超宽带天线

3、直接辐射)!>?*)B*时!能够形成电场强度达几十甚至上百D#(C的高功率瞬态电磁波%相对于传统的高功率脉冲技术!超宽带电磁脉冲技术的关键在于实现亚纳秒脉冲调节%!!本文引入匹配和失配传输线充电技术的概念!对这两种亚纳秒脉冲功率调节技术进行比较研究%为验证失配传输线充电技术可以实现高功率超宽带电磁脉冲辐射输出!采用阻抗为(*!的7HF%<型脉冲功率驱动源作为高阻抗充电传输线!而用长度不同的@种B!低阻抗传输线作为被充电传输线!开展了对比试验研究%"!传输线充电技术!!通过对传输线在=F量级时间内快速充电可以实现气体开关间隙上形成超过@倍自击穿电压的瞬态过电)!*压!

4、实现开关间隙在亚=F时间范围内击穿%一段已充电的传输线通过高压气体开关对另一段传输线放电可)A*以实现该段传输线上快速建立上百D#的脉冲电压!这种快充电技术即为传输线充电技术%"&"!阻抗失配!!阻抗失配情况下传输线充电如图!所示%其中!)!")!#)!$)和!!!"!!#!!$!分别是充电传输线73)和被充电传输线73!的特征阻抗’电长度’电压和物理长度%考虑到传输线的绝缘处理’能量储存等因素!通常设计!!"!73和73分别简)#!!)#"!)!称为长高阻抗线和短低阻抗线%图!中虚线框表示已IJK&!!8L

5、=H充电的低阻抗传输线73!通过阻抗渐变传输线实现J=JCEHQ<=NHCJFC

6、开始透射进入传输线73对电压#贡献为负%73!73上的波过程如图(所示!图中!"分别是%!!)!!)!)!M在两段传输线交界处的反射和透射系数$是%在交界处的反射系数%!!)O!!从73)的波过程可以看出!当开关R!导通后(")时刻!传输线73!上充电电压#!最大!定义两段传输线"收稿日期!())A>)?>(B$!!修订日期!())A>!(>)@基金项目!国防高科技重点实验室基金资助课题"S5)B#作者简介!许建军"!"*?+#!男!博士生!主要从事瞬态电磁学和电磁兼容技术研究$TUVJ<=VU=(""FJ=<&N$C%4EE强激光与粒子束第4F卷!"#$%!&’(

7、)*+,-)..).,/012’/3014图%!传输线012和014上的波过程示意图的电长度比!5"!"和阻抗比!#5$!$"则当%最大时"前向电压波&在传输线01上刚好往返!次"2424464并且可以得到%的最大值%#447’8%47’8’%2$4(%!#(4&!’%4&!#)4!!两段传输线内媒质相同情况下波速相等"即*45*2"这样低阻抗传输线014获得的相对于高阻抗传输线012的功率增益为+24’,4’-4!"4’!#$4(%!#(4&!’%%%&,2-2!"2!#)4!$"!阻抗匹配!!阻抗匹配情况下传输线充电如图9所示"通常选择两段传输线的电长度相等