Research on a Folded Blumlein Line Using Kapton Film as Dielectrics

In this project, a Blumlein line with a folded parallel-plates configuration using Kapton film as dielectrics was investigated. The characteristic parameters of this Blumlein line were analysed theoretically. The electric field distributions under different inner radii of the folded part were simulated. The output waveforms on the match load were also simulated by means of an equivalent electric circuit. According to the results of the theoretecal analysis and simulation, a Blumlein line with the folded parallel-plates configuration with an output voltage of 500 kV, a pulse duration of 100 ns, and a characteristic impedance of 4.773Ω was designed and manufactured. The experimental results properly demonstrated the wave transmitting process in the Blumlein line, and provided the voltage waveform of 500 kV and the current waveform of 50 kA with a pulse duration of 150 ns. Some engineering problems such as the edge electric breakdown and measuring precision by a resistance divider were revealed, which must be solved in future work to produce a more compact transmission line.

薄膜介质层绕式Blumlein线理论与实验研究

对薄膜介质层绕式Blumlein线的特性参数进行了理论分析。采用Pspice软件对电路模型进行了计算,分析了开关电感、寄生电阻对负载输出波形的影响。结果表明:开关电感的存在使得负载波形前沿变缓,后延波形扭曲变差,寄生电阻会影响负载的电压输出效率。采用模拟软件对传输线中的电磁场分布进行了计算,结果表明薄电极边缘场畸变以及折叠弯曲部分的场变化是绝缘介质耐压必须考虑的因素。基于此理论分析,设计制作了一种新型薄膜介质Blumlein线,绝缘材料为聚酯薄膜,单层薄膜厚100μm,电极为厚50μm的铜皮,单元模块设计耐压50 kV。进行了三级模块串联叠加实验,充电25 kV,匹配负载输出60 kV,脉冲上升沿80 ns,脉冲宽度200 ns。

折叠型平板Blumlein线的理论与实验研究

对折叠型平板Blumlein线的特征参数进行了理论分析,采用模拟软件对传输线中的电磁场分布和波的传播过程进行了计算。根据理论分析和计算结果设计并制作了耐压600 kV、延时40 ns、特征阻抗为5Ω的折叠型平板Blumlein线,该Blumlein线以Kapton薄膜为介质、以铜板为导体,腔体尺寸为1.2 m×40cm×40 cm,初步实验在水电阻匹配负载上得到幅值为400 kV、脉宽36 ns的电压波形和幅值为40 kA的电流波形。在同样体积下进一步设计制作了耐压600 kV、延时150 ns、特征阻抗为15Ω的折叠Blumlein线,得到幅值为450 kV、脉宽150 ns的电压波形和幅值为18 kA的电流波形。

折叠型平板Blumlein线的特征阻抗

计算了折叠型平板Blumlein线平板部分的特征阻抗;对折叠部分的特征阻抗,采用基于单位长度电感和电容概念的方法进行了理论分析,并基于等效能量概念进行了数值计算,两种方法计算得到的特征阻抗值基本一致,而且与平板部分的阻抗值相差不大。使用电磁场模拟软件计算模拟了不同折叠内半径的折叠部分的电场分布,从而确定了最佳折叠半径;采用等效电路分析方法对匹配负载上得到的电压电流波形进行了模拟。设计并制作了折叠半径为10 mm,耐压500 kV,延时100 ns,特征阻抗为4.773Ω的折叠型平板Blum-lein线。在二极管匹配负载上得到幅值为500 kV,脉宽100 ns的电压波形和幅值为50 kA的实验电流波形。结果表明平板部分和折叠部分的特征阻抗的差值对实验波形几乎没有影响。

折叠型平板Blumlein线高功率微波驱动源

介绍了一种使用折叠型平板Blumlein线为主体的紧凑型高功率微波驱动源,Kapton薄膜和纯净变压器油分别作为折叠型平板Blumlein线的传输线介质和绝缘介质,Blumlein线的整体尺寸为1.00 m×0.40 m×0.15 m。采用一个特征阻抗大约是12Ω的C波段磁绝缘振荡器作为高功率微波源。折叠型平板Blumlein线传输的能量可以使磁绝缘振荡器的阴极发射出电压550 kV,电流40 kA,脉宽90 ns的电子束,从而产生峰值功率350 MW,脉宽40 ns的高功率微波。

折叠Blumlein线的不同结构水电阻负载实验

为了让折叠型平板Blumlein线能得到理想的输出电流电压波形,设计并制作了3种不同结构的水电阻作为折叠型平板Blumlein线的匹配负载,对3种水电阻的电容和电感进行了理论计算和仪器实际测量,使用等效电路法模拟了它们作为折叠线的匹配负载对输出电流电压波形的影响,并在实验中分别得到了相应负载电阻上的电流电压波形。结果表明圆柱形水电阻的电容(2.2 nF)和电感(80 nH)较大,对电流和电压波形的平顶影响最大;扁平形水电阻具有电容较小(0.47 nF)、电感小(25 nH)和散热好等优点,适合作为重复频率同轴Blumlein线的匹配负载;U形水电阻具有电容电感小(0.05 nF,30 nH)的优点,且对波形影响较小,适合作为折叠型平板Blumlein线的匹配负载。