水介质Blumlein型螺旋脉冲形成线的研究.pdfVIP

　第 17 卷 　第 8 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 17 ,No . 8 　 　2005 年 8 月 H I GH PO W ER L A SER AND PA R T ICL E B EA M S A ug . ,2005 　 文章编号 : 　100 14322 (2005) 08119 104 水介质 Bl umlein 型螺旋脉冲形成线的研究 杨建华 , 　钟辉煌 , 　舒 　挺 , 　张建德 , 　刘金亮, 　冯加怀 , 　周 　相 ( 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 4 10073) 　　摘 　要 : 　分析了螺旋线脉冲形成线脉宽加宽的原理 ,利用程序对 Blumlein 型螺旋脉冲形成线进行了模 拟研究 ,模拟结果与理论分析得到的脉宽表达式吻合较好 ,并可以给出螺旋线中筒的电场和磁场分布 。加工了 一套 Blumlein 型螺旋脉冲形成线 ,并开展实验研究 ,解决了绝缘支撑耐压问题 ,得到充电电压 550 kV ,二极管 电压 500 kV , 电流 28 kA ,半高宽 128 n s 的脉冲输出。 　　关键词 : 　水介质 ; 　螺旋线 ; 　Blumlein 型脉冲形成线 ; 　脉宽 　　中图分类号 : 　TL 503 　　　　文献标识码 : 　A 　　在脉冲功率技术的发展过程中 ,对紧凑化脉冲功率源的要求越来越迫切 。螺旋脉冲形成线具有脉宽加长 的特点 ,可以缩短脉冲形成线的长度 ,因此引起了广泛的关注 。由于水介质具有介电常数高和较好的耐压绝缘 性能 , 以及 自我修复性好等特点 ,水介质被选用形成线的储能介质 ,可以使整个系统结构紧凑 。本文根据理论 分析的结果 ,开展了模拟研究 ,并在此基础上加工了一套水介质 Blumlein 型螺旋线脉冲调制器 。相关的实验 较好地吻合了理论和模拟分析结果 ,解决了耐压问题 ,探讨了改善波形质量的问题 。 1 　螺旋线的脉宽加长的原理 　　根据螺旋线的特点 ,将其展开如图 1 所示 。图 1 中 R 是螺 旋线的半径, φ是螺旋线走向与轴线之间的夹角, w 是螺旋线的 δ δ 宽度, 是螺旋线匝间的间隔, w 。根据文献 [ 1 ] 的分析结 果 ,得到在轴向上矢量势表达式为 (ω β) j t - z ( ) A z = CI 0 e 1 β φ ω 式中:波场以相位常数 = k/ co s 沿 z 轴传播 ; 是波场频率 ; C 为常数 。其它波场分量以同样相位常数沿 z 轴传播 ,这样可以 得到沿 z 轴传播相速 vp = cco sφ,c 是真空中光速 ,如果传输线中 ( ε) φε 充满介质 ,则 vp = c/ r co s , r 为 电介质的相对介 电常数 。 τ Fig . 1 　Sp read of spiral line 设非螺旋线时脉宽为 ,则螺旋线下脉宽为 图 1 　螺旋线展开 τ τ φ ( ) s = / co s 2 　　由于轴线方向电流为原来的co sφ倍 , 由于形成线阻抗为电