磁芯

带磁芯螺旋线的脉冲形成原理

发布时间：

2023-09-02

带磁芯螺旋线的脉冲形成原理

螺旋线结合主开关的脉冲产生装置用于产生高电压长脉冲,三导体螺旋线同轴结构的内筒端部开路,可转换为常用于高电压脉冲传输的双导体同轴线结构。这种转换结构使得在脉冲形成过程中,螺旋线上除了慢波的传输外,还存在内外筒之间传输的快波,这部分快波对输出脉冲平顶产生影响。

目前有两种方法可以消除快波影响:一是采用双路输出结构,副路匹配吸收传输的快波,这部分快波不作用于主路输出脉冲，;二是采用具有不均匀螺旋段的单路输出结构,利用螺旋段的阻抗失配中和抵消快波对输出脉冲平顶产生的影响。

双路输出结构实现简单,缺点是效率低且占空间。磁芯的引入影响了螺旋线脉冲延迟的特性,同样也将影响脉冲形成特性。建立电压波从阻抗为 Z T 的双导体同轴线向三导体螺旋线(内筒端部开路)匹配传输的模型,分析主开关闭合后反射波的传输行为。无磁芯时三导体螺旋线的脉冲形成特性,本文采用同样的方法分析磁芯的引入对螺旋线脉冲形成特性的影响。图 3 中定义入射电流为I in 。透射慢波传输时,螺旋中筒轴向电流 I 2 z = I in ;螺旋线内筒电流沿内磁芯内表面(r = r 1 ′ ), I 1 z =- I in ln ( r 3 ′ / r 2 )/ ln ( r 3 ′ / r 1 ′ );螺旋线外筒电流沿外磁芯外表面( r= r 3 ′ ), I 3 z =- I in ln ( r 2 / r 1 ′ )/ ln ( r 3 ′ / r 1 ′ )。透射快波传输时,内磁芯外表面( r = r 1 )和外磁芯内表面( r = r 3 )出现阶跃电流,分别为 I1 z 0 和 - I 1 z 0 ,且方向相同、幅值相反。由于转换界面 1 两侧电流连续,得到 I 1 z 0 =- I 1 z 。慢波传输时螺旋线内外筒电压差保持不变,仅中筒电压发生改变;快波传输时螺旋线内外筒之间出现电压差。在透射快慢波共同作用下,螺旋中筒与外筒之间形成的电压差等于馈入电压 V in 。螺旋线上透射慢波传输单位轴向距离的同时,透射快波已传输了 ksl 倍的单位轴向距离。根据透射波传输引起的电场和磁场储能改变,可以分别得到透射传输结构单位长度的分布电容 L 和分布电感 C ,从而得到透射传输结构的波阻抗,即双导体同轴线向三导体螺旋线传输的匹配阻抗 Z T = ( L / C )1。