CN105763095B - 一种瞬态场场强及功率倍增装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种瞬态场场强及功率倍增装置。本发明通过设置筒形壳体，筒形壳体上设置直壳和锥壳，直径逐渐变大，同时在壳体内设置芯线导体，几级芯线导体之间通过支撑柱靠近但不连接。当在第一级芯线导体与筒形壳体上加设脉冲电源时，通过逐级传输，使脉冲时间逐渐减短，从而使电场强度和功率得到倍增。本装置结构紧凑，能够保证回路连线电感小、能量转换效率高，重量轻、体积小。通过多级同轴瞬态功率倍增器串联的方式构成多级串联多级瞬态功率倍增器，相邻的多级同轴瞬态功率倍增器之间的电磁耦合小。通过多级并联结构可以获得多倍于多级同轴瞬态功率倍增器输出电压幅值的脉宽为纳秒量级的短脉冲高压。

Description

一种瞬态场场强及功率倍增装置

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种瞬态场场强及功率倍增装置。

背景技术

瞬态场场强及功率倍增技术不但在高功率微波、加速器、强激励脉冲以及材料改性等领域具有重要作用，而且在生物医疗、食品灭菌、污水处理等民用技术领域具有优势作用。目前的瞬态场场强及功率倍增装置都存在体积庞大、笨重的缺点，研制轻便、紧凑的脉冲功率装置是该领域技术必然趋势。

发明内容

本发明是一种瞬态场场强及功率倍增装置，通过该结构可产生电磁场能量密度的变换，可对电场强度变化在时间进行压缩，实现瞬态场的功率倍增。本发明不同于现有脉冲功率技术系统中通过电流与电压变换，压缩脉宽的方式进行功率倍增原理。而是通过在介质内形成激励场，通过电荷密度的多次变换，实现瞬态脉冲电磁场功率增加的装置。

本发明是这样实现的，一种瞬态场场强及功率倍增装置，设置第一直壳，第一直壳呈中空管形，第一锥壳小端与第一直壳连接，第二直壳与第一锥壳大端连接，第二锥壳小端与第二直壳连接，第二锥壳大端由绝缘封板密封；第一直壳内设置第一同轴芯线，第一同轴芯线端部设置密封座与第一直壳端部密封，第一同轴芯线另一端设置第一芯线锥端，第一芯线锥端设置平面的第一芯线锥尖，第一直壳与第一锥壳连接处内筒设置第一支撑绝缘板，第一锥壳与第二直 壳连接处内筒设置第二支撑绝缘板，第二直壳与第二锥壳连接处内筒设置第三支撑绝缘板；第一支撑绝缘板中心设置第一支撑柱，第二支撑绝缘板中心设置第二支撑柱，第一支撑柱通过第二同轴芯线与第二支撑柱连接；第三支撑绝缘板中心设置第四支撑柱，第四支撑柱通过第三同轴芯线与第三支撑柱连接；第一支撑柱与第一芯线锥端之间设置间隔，第二支撑柱与第三支撑柱之间设置间隔；第一同轴芯线、第二同轴芯线和第三同轴芯线周围充变压油；第一直壳端部设置屏蔽层接线柱，密封座中部设置芯线接线柱。

进一步地，第二同轴芯线设置为椭球形，第二同轴芯线长轴端分别与第一支撑柱和第二支撑柱连接；第三同轴芯线设置为椭球形，第三同轴芯线长轴端分别与第三支撑柱和第四支撑柱连接。

进一步地，为了改善瞬态场场强及功率倍增装置的输出效果，第一直壳、第一锥壳、第二直壳和第二锥壳为绝缘材料制成且内壁设置内衬金属层。

本发明的瞬态场场强及功率倍增装置，通过场激励的方式可转换为高电压或者大电流输出，具有输出脉冲上沿窄的特性。可提高输出功率。在高功率输出的同时，可使脉冲功率系统结构更为轻便、紧凑，转换效率高。

本发明的瞬态场场强及功率倍增装置，不但能够产生脉冲半高宽为皮秒量级的短脉冲高压，达到高峰值场输出的目的，用于驱动场辐射负载，而且可以轻易实现装置的紧凑结构设计，达到减少体积和重量的目的，同时可以解决各关键器件的连接与固定问题。另外，通过多组多级瞬态功率倍增器的串并联可构成多组多级瞬态功率倍增器，或者设计级数更多的多级串联多级瞬态功率倍增器可以获得电压幅值更大、峰值功率更高的短脉冲高压。

本发明的瞬态场场强及功率倍增装置，通过所述的功率倍增器的紧凑结构 设计，能够保证回路连线电感小、能量转换效率高，重量轻、体积小；通过多级同轴瞬态功率倍增器串联的方式构成多级串联多级瞬态功率倍增器，相邻的多级同轴瞬态功率倍增器之间的电磁耦合小；通过多级并联结构可以获得多倍于多级同轴瞬态功率倍增器输出电压幅值的脉宽为纳秒量级的短脉冲高压；通过多组多级瞬态功率倍增器串并联构成多组多级瞬态功率倍增器功率倍增器，或者设计级数更多的多级串联多级瞬态功率倍增器可以获得电压幅值更大、峰值功率更高的短脉冲高压。

附图说明

图1为本发明的示意图。

附图中：1-第一同轴芯线，101-密封座，102-第一芯线锥端，103-第一芯线锥尖，2-第一支撑绝缘板，3-第二同轴芯线，4-第二支撑绝缘板，5-第三同轴芯线，6-第三支撑绝缘板，7-绝缘封板，8-第四支撑柱，9-第二直壳，10-第三支撑柱，11-第二支撑柱，12-第一锥壳，13-第一支撑柱，14-内衬金属层，15-第一直壳，16-屏蔽层接线柱，17-芯线接线柱，18-第二锥壳。

具体实施方式

结合图1，一种瞬态场场强及功率倍增装置，设置第一直壳15，第一直壳15呈中空管形，第一锥壳12小端与第一直壳15连接，第二直壳9与第一锥壳12大端连接，第二锥壳18小端与第二直壳9连接，第二锥壳18大端由绝缘封板7密封；第一直壳15内设置第一同轴芯线1，第一同轴芯线1端部设置密封座101与第一直壳15端部密封，第一同轴芯线1另一端设置第一芯线锥端102，第一芯线锥端102设置平面的第一芯线锥尖103，第一直壳15与第一锥壳12连接处内筒设置第一支撑绝缘板2，第一锥壳12与第二直壳9连接处内筒设置第 二支撑绝缘板4，第二直壳9与第二锥壳18连接处内筒设置第三支撑绝缘板6；第一支撑绝缘板2中心设置第一支撑柱13，第二支撑绝缘板4中心设置第二支撑柱11，第一支撑柱13通过第二同轴芯线3与第二支撑柱11连接；第三支撑绝缘板6中心设置第四支撑柱8，第四支撑柱8通过第三同轴芯线5与第三支撑柱10连接；第一支撑柱13与第一芯线锥端102之间设置间隔，第二支撑柱11与第三支撑柱10之间设置间隔；第一同轴芯线1、第二同轴芯线3和第三同轴芯线5周围充变压油；第一直壳15端部设置屏蔽层接线柱16，密封座101中部设置芯线接线柱17。

进一步地，第二同轴芯线3设置为椭球形，第二同轴芯线3长轴端分别与第一支撑柱13和第二支撑柱11连接；第三同轴芯线5设置为椭球形，第三同轴芯线5长轴端分别与第三支撑柱10和第四支撑柱8连接。

进一步地，为了改善瞬态场场强及功率倍增装置的输出效果，第一直壳15、第一锥壳12、第二直壳9和第二锥壳18为绝缘材料制成且内壁设置内衬金属层14。

本发明的瞬态场场强及功率倍增装置，在使用时将脉冲电源连接到屏蔽层接线柱16和芯线接线柱17上，脉冲电源的脉冲通过本装置逐级将来脉冲时间变窄，使功率和场强增加。

Claims (3)

1.一种瞬态场场强及功率倍增装置，其特征是设置第一直壳(15)，第一直壳(15)呈中空管形，第一锥壳(12)小端与第一直壳(15)连接，第二直壳(9)与第一锥壳(12)大端连接，第二锥壳(18)小端与第二直壳(9)连接，第二锥壳(18)大端由绝缘封板(7)密封；第一直壳(15)内设置第一同轴芯线(1)，第一同轴芯线(1)端部设置密封座(101)与第一直壳(15)端部密封，第一同轴芯线(1)另一端设置第一芯线锥端(102)，第一芯线锥端(102)设置平面的第一芯线锥尖(103)，第一直壳(15)与第一锥壳(12)连接处内筒设置第一支撑绝缘板(2)，第一锥壳(12)与第二直壳(9)连接处内筒设置第二支撑绝缘板(4)，第二直壳(9)与第二锥壳(18)连接处内筒设置第三支撑绝缘板(6)；第一支撑绝缘板(2)中心设置第一支撑柱(13)，第二支撑绝缘板(4)中心设置第二支撑柱(11)，第一支撑柱(13)通过第二同轴芯线(3)与第二支撑柱(11)连接；第三支撑绝缘板(6)中心设置第四支撑柱(8)，第四支撑柱(8)通过第三同轴芯线(5)与第三支撑柱(10)连接；第一支撑柱(13)与第一芯线锥端(102)之间设置间隔，第二支撑柱(11)与第三支撑柱(10)之间设置间隔；第一同轴芯线(1)、第二同轴芯线(3)和第三同轴芯线(5)周围充变压油；第一直壳(15)端部设置屏蔽层接线柱(16)，密封座(101)中部设置芯线接线柱(17)。

2.根据权利要求1所述的瞬态场场强及功率倍增装置，其特征是，第二同轴芯线(3)设置为椭球形，第二同轴芯线(3)长轴端分别与第一支撑柱(13)和第二支撑柱(11)连接；第三同轴芯线(5)设置为椭球形，第三同轴芯线(5)长轴端分别与第三支撑柱(10)和第四支撑柱(8)连接。

3.根据权利要求1或2所述的瞬态场场强及功率倍增装置，其特征是，第一直壳(15)、第一锥壳(12)、第二直壳(9)和第二锥壳(18)为绝缘材料制成且内壁设置内衬金属层(14)。