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基于开关振荡器的宽带电磁脉冲发生器

李丹  
【摘要】:作为窄带、超宽带高功率微波的补充,宽带高功率微波的研究正受到广泛关注,小型化、紧凑化是实现应用的必然要求。传输线型开关振荡器是宽带电磁脉冲发生器实现的一个重要方式,本文在研究传输线型开关振荡器的工作机理和物理运行特性基础上,研制了一台基于四分之一波长传输线型开关振荡器的宽带电磁脉冲发生器,产生了中心频率270MHz~380MHz可调的电磁脉冲,并分析了发生器各部分结构参数对输出的影响,为今后研制更为实用的装置提供参考。 论文的主要内容包括以下几个方面: (1)通过分析比较宽带电磁脉冲发生器和宽带天线的技术方案,确定了紧凑宽带源的技术方案。它使用四分之一波长传输线型开关振荡器产生宽带电磁脉冲,使用油开关作为自击穿开关,使用单锥天线作为辐射天线。具有结构简单紧凑的特点。 (2)对四分之一传输线型开关振荡器的工作机理进行了理论研究。分析表明开关振荡器能够产生衰减振荡信号,通过调整传输线长度可以调节中心频率。合理选择过渡段传输线不但可以解决开关振荡器与宽带天线的匹配问题,还可以升高输出电压。采用电路仿真模拟方法,对上述原理进行了验证。 (3)采用基于FDTD方法的电磁模拟软件,对设计的同轴馈入单锥天线进行了模拟及分析,给出了单锥宽带天线驻波比在0.2GHz~0.8GHz小于1.5,辐射方向最强角度为轴向夹角55°的结果。通过把开关振荡器输出的信号馈入单锥天线进行模拟分析,发现开关振荡器径向传输部分直接影响初级储能、输出信号的中心频率和百分比带宽等参数。还通过全电磁粒子模拟的时域特性给出了电磁信号在振荡器中反射产生振荡的物理图像。 (4)在电磁模拟的基础上对开关振荡器进行了耐压设计,优化了装置结构参数,设计出外导体内半径62mm,内导体半径56.8mm,开关振荡器长度30mm,天线尺寸锥底直径198mm,锥高190mm的宽带电磁脉冲发生器。单锥天线标定结果表明其在0.2GHz~1.0GHz频率范围内增益大于4.2dB。实验中获得了宽带辐射,通过改变径向传输部分,实现输出中心频率在270MHz~380MHz间可调,百分比带宽在11%~23%之间。


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