CN107633990B - 一种电磁波行波滞缓设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁波行波滞缓设备，包括：中空导电管、设置在所述中空导电管内部的磁体，设置在所述中空导电管和所述磁体之间以绝缘所述磁体和所述中空导电管的第一绝缘套管，环绕所述中空导电管设置的磁性套管，以及设置在所述磁性套管和所述中空导电管之间以绝缘所述中空导电管和所述磁性套管的第二绝缘套管。本发明还涉及一种电磁波行波滞缓方法。实施本发明的电磁波行波滞缓设备及方法，通过将绝缘套管和磁性套管结合，同时提高电磁波行波的导体周围介质的介电常数和相对磁导率，可以使电磁行波的波速在本发明的电磁波行波滞缓设备中降低到光速的几分之一到几十分之一，并且大幅平缓了电磁行波的波形陡度。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波领域，更具体地说，涉及一种电磁波行波滞缓设备及方法。
背景技术
行波是一种以行进方式传播的波，行波在传播过程中其波峰和波节的位置不是固定的，是朝着某一方向不断推移的。电磁波行波是我们生活中非常常见的一类行波。比如我们经常使用的电力电流在输电线中的传输、电子信号在导线中的传输等等都属于电磁波行波的传输型式。一些有害的电磁波传播也是遵循行波传播的型式，比如雷电波延输电线入侵系统，电磁干扰波延信号线传播等等。
对于这些有害的电磁波行波，其快速传播速度将会产生极大危害，而目前并没有任何现有设备或者技术，能够使得电磁波行波的传播速度产生延迟，并且能够对行波的波头陡度发生平缓。因此需要一种可以对电磁行波的传播速度产生延迟，并且能够对行波的波头陡度发生平缓的设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可以对电磁行波的传播速度产生延迟，并且能够对行波的波头陡度发生平缓的电磁波行波滞缓设备及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电磁波行波滞缓设备，包括：中空导电管、设置在所述中空导电管内部的磁体，设置在所述中空导电管和所述磁体之间以绝缘所述磁体和所述中空导电管的第一绝缘套管，环绕所述中空导电管设置的磁性套管，以及设置在所述磁性套管和所述中空导电管之间以绝缘所述中空导电管和所述磁性套管的第二绝缘套管。
在本发明所述的电磁波行波滞缓设备中，所述中空导电管为外壁上开设连续螺旋槽的圆柱形金属管。
在本发明所述的电磁波行波滞缓设备中，所述磁体为穿设在所述圆柱形金属管的中央的磁棒，所述圆柱形金属管的两端壁中央设置供所述磁棒通过的第一通孔。
在本发明所述的电磁波行波滞缓设备中，所述圆柱形金属管的两端壁上围绕所述第一通孔等距设置多个第二通孔。
在本发明所述的电磁波行波滞缓设备中，进一步包括设置在所述中空导电管两端的固定连接件。
在本发明所述的电磁波行波滞缓设备中，所述固定连接件包括套设在所述中空导电管两端以绝缘所述中空导电管与所述磁性套管的环形绝缘介片，以及固定在所述磁性套管上的导电固定盖。
在本发明所述的电磁波行波滞缓设备中，所述导电固定盖的外壁上设置多个第三通孔。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：构造一种电磁波行波滞缓设备，包括：外壁上开设连续螺旋槽的圆柱形金属管、设置在所述圆柱形金属管中央的磁棒、套设在所述磁棒之上以绝缘所述磁棒和所述圆柱形金属管的第一绝缘套管，套设在所述圆柱形金属管上的第二绝缘套管，套设在所述第二绝缘套管上的磁性套管，套设在所述圆柱形金属管两端以绝缘所述圆柱形金属管与所述磁性套管的环形绝缘介片，以及固定在所述磁性套管上的导电固定盖。
在本发明所述的电磁波行波滞缓设备中，所述磁体为穿设在所述圆柱形金属管的中央的磁棒，所述圆柱形金属管的两端壁中央设置供所述磁棒通过的第一通孔；所述第一通孔周围等距设置多个第二通孔，所述导电固定盖的外壁上设置多个第三通孔。
本发明解决其技术问题所采用的再一技术方案是：构造一种电磁波行波滞缓方法，通过采用前述任意一种的电磁波行波滞缓设备提高电磁波行波传到介质的介电常数和相对磁导率，从而降低电磁波行波波速和波形陡度。
实施本发明的电磁波行波滞缓设备及方法，通过将绝缘套管和磁性套管结合，同时提高电磁波行波的导体周围介质的介电常数和相对磁导率，可以从而降低电磁波行波波速和波形陡度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的优选实施例的电磁波行波滞缓设备的结构爆炸图；
图2是图1所示的电磁波行波滞缓设备的圆柱形金属管的正视图；
图3是图1所示的电磁波行波滞缓设备的圆柱形金属管的斜视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明的优选实施例的电磁波行波滞缓设备的结构示意图。如图1所示，本发明的电磁波行波滞缓设备，包括：中空导电管1、设置在所述中空导电管1内部的磁体4，设置在所述中空导电管1和所述磁体4上之间以绝缘所述磁体4和所述中空导电管1的第一绝缘套管5，环绕所述中空导电管1设置的磁性套管3，以及设置在所述磁性套管3和所述中空导电管1之间以绝缘所述中空导电管1和所述磁性套管3的第二绝缘套管2。
图2-3进一步示出了中空导电管1的优选设置方式。如图1-3所示，所述中空导电管1可以由一段中空的圆柱状金属管铣削而成，其外壁上等距开设连续螺旋槽13，从而形成螺旋管状导体结构。形成这种结构特征可以更有利于增加中空导电管1的本征电感量，从而提高对电磁行波的阻抗。并且将这种结构的中空导电管1作为导电体，其截面积很容易做大，非常适用于大电流的应用场合。当然在本发明的其他优选实施例中，该螺旋槽13也可以不等距设置。另外，本领域技术人员知悉，可以采用其他任何的导电材料构造所述中空导电管1。此外，在本发明的其他优选实施例中，该中空导电管1的外壁可以是光滑的，也可以在其上设置等距或者不等距设置螺旋状凸起以形成中空蜗杆。
如图1所示，所述磁体4优选是穿设在所述中空导电管1中的磁棒。所述中空导电管1的两端壁11中央设置中央通孔14以供所述磁棒通过。所述中空导电管1的两端壁11上还围绕中央通孔14等距设置多个周边通孔12。当然，在本发明的简化实施例中，可以省略这些周边通孔12，并且磁体4可以是以任何其他方式设置在所述中空导电管1内部，其可以是任何形状的。在本发明中，优选采用强磁棒作为磁体4。
如图1所示，所述第一绝缘套管5可以套设在所述磁体4上以绝缘所述磁体4和所述中空导电管1。在本发明的其他优选实施例中，可以采用其他方式，比如包裹，环绕，密封等其他任何方式将磁体4和中空导电管1隔离开来。优选采用高介电常数的绝缘材料，例如介电常数在2～4左右的普通塑料，介电常数在6～8左右的陶瓷材料来制作该第一绝缘套管5。当然，还可以采用具有其他介电常数的材料，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。
进一步如图1所示，第二绝缘管2同样可以套设在所述中空导电管1上以绝缘所述中空导电管1和所述磁性套管3。在本发明的其他优选实施例中，可以采用其他方式，比如包裹，环绕，密封等其他任何方式将所述中空导电管1和所述磁性套管3。优选采用高介电常数的绝缘材料，例如介电常数在2～4左右的普通塑料，介电常数在6～8左右的陶瓷材料来制作该第二绝缘套管2。当然，还可以采用具有其他介电常数的材料，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。
进一步如图1所示，磁性套管3优选是罩设在第二绝缘管2之外的圆柱状套管。当然，在本发明的其他优选实施例中，所述磁性套管3还可以采用其他任何形状。优选采用高磁导率的材料，例如非晶、纳米晶、铁氧体、铁粉芯材料制作该磁性套管3，本领域技术人员可以根据实际情况具体进行选择。
进一步如图1所示，在本实施例中，还包括设置在所述中空导电管1两端从而固定整个设备并将其与外部接口连接的固定连接件6。当然，在本发明的简化实施例中，可以省略该固定连接件6。如图1所示，该固定连接件包括环形绝缘介片62和导电固定盖61。该环形绝缘介片62用于绝缘所述中空导电管1与所述磁性套管3以防止两者电连接。该环形绝缘介片62可以是任何绝缘材料制成。当然，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他形状的绝缘介片，只要其形状能够与所述中空导电管1和所述磁性套管3适配，因此能够绝缘所述中空导电管1与所述磁性套管3以防止两者电连接即可。所述导电固定盖61固定在所述磁性套管3以紧固整个设备，并便于中空导电管1与外部接口电连接。导电固定盖61优选可以采用设置多个通孔的金属连接片。所述多个通孔可与中空导电管1上的各个通孔适配。
本发明通过磁体+绝缘套管+导体+绝缘套管+磁性套管的复合结构，同时提高电磁波行波的导体周围介质的介电常数和相对磁导率，可以降低电磁波行波波速和波形陡度。
下面将结合图1所示的优选实施例，对本发明的原理说明如下：
电磁波行波在导线中的传播速度v为：
上式中：
c为光速，c＝3×108米/秒。
εr为导线周围介质的相对介电常数。
μr为导线周围介质的相对磁导率。
由上式可以知道，电磁波行波在导线中的传播速度，与导线的材质、长度、截面积、电感、分布电容等等均无关系，只与导线周围的绝缘介质的特性有关，更明确的说只与绝缘介质的相对介电常数εr和相对磁导率μr有关。
如果行波是在架空的导线上传播的，导线周围绝缘介质是空气，空气的相对介电常数εr≈1，相对磁导率μr≈1，因此v≈c，即行波的传播速度基本上就是光速。如果想要降低行波在某段导体中的传播速度，可以通过更换高介电常数εr的绝缘介质的方式达到，也可以提高导体周围相对磁导率μr的方式达到。
如果我们除了想降低行波的传播速度，也想降低行波波形的陡度。这时就要设法增大传输路径中的阻抗。
那么，电磁波行波在导线中的波阻抗Z为：
上式中ε0——真空介电常数；
εr——相对介电常数；
μ0——真空磁导率；
μr——相对磁导率；
hd——导线对地平均高度；
r——导线半径。
由上式可知，波阻抗Z不仅与绝缘介质的相对介电常数εr和相对磁导率μr有关，还与导体的分布特性有关，导体的半径r(圆形截面导体)、截面积甚至导体对地的位置也会产生影响。
这看起来似乎变量过多，但是从工程角度来看，行波既然可以通过导体作为传播路径，那么导线必然已经确定性的存在，那么它的参数不论是截面积、半径、和地面的距离等等都是确定的，也不会产生太大的变化，这是由物体的自然属性决定的。
那么，我们实际工程应用中可以把导线半径r、导线对地平均高度hd等参数看成一个常数来处理。这时ε0、μ0、hd、r都是常数，我们可以用一个常数系数K来替换。
令
那么波阻抗公式可以简化成：
由此可以得出：在导体已经确定的情况下，影响行波传输时波阻抗的特性也只和绝缘介质的相对介电常数εr和相对磁导率μr有关。
由以上分析可知，可以构造一种电磁波行波滞缓设备，其中通过一段导体提供电磁波行波通路，导体周围的介质可以通过调整相对介电常数εr和相对磁导率μr来进行行波波速和波阻抗的调整。
由可知，只要选择εr＝4的绝缘介质，即使当μr＝1时，也可得到v＝0.5c也就是可以把电磁行波的速度降低到光速的一半。而通过增大μr的数值可以起到更大的作用，尤其是现在新型材料如非晶等可以把μr做到80000～100000以上。但实际上很难找到既绝缘性能良好又有高磁导率绝缘材料，因为有磁导率的材料一般都是金属或包含金属成分。
由可知，而通过增大μr的数值可以大幅提高波阻抗效应，虽然我们为了降低波速而同时提高了εr的数值，但是εr通常很小，一般固体的介电常数都是个位数，而磁导率μr可以很大，由此可以忽略εr增大的影响。
因此，本发明构造了这样一种电磁波行波滞缓设备，包括：中空导电管1、设置在所述中空导电管1内部的磁体4，设置在所述中空导电管1和所述磁体4上之间以绝缘所述磁体4和所述中空导电管1的第一绝缘套管5，环绕所述中空导电管1设置的磁性套管3，以及设置在所述磁性套管3和所述中空导电管1之间以绝缘所述中空导电管1和所述磁性套管3的第二绝缘套管2。
通过采用这样的复合介质的模式进行构造设计，通过一层绝缘套管进行绝缘，再附加一个磁性套管提供高μr，两种介质配合使用，即大幅降低了波速，又大幅增加了波阻抗。大大提高了效率。
本发明通过磁体+绝缘套管+导体+绝缘套管+磁性套管的复合结构，同时提高电磁波行波的导体周围介质的介电常数和相对磁导率，可以使电磁行波的波速在本发明的电磁波行波滞缓设备中降低到光速的几分之一到几十分之一，并且大幅平缓了电磁行波的波形陡度。
本发明的电磁波行波滞缓设备，能够对电磁波行波有一定延迟阻滞和平缓作用，使其在某些特定场合能够起到独特的作用，尤其是本发明的电磁波行波滞缓设备能够通过非常大的电流，在大功率线路中尤其适用。比如在雷电延输电线路入侵室内用电系统时，本发明的电磁波行波滞缓设备可以延迟雷电流行波的行进速度并平缓其冲击波形，令避雷器等防护设备能够有足够长的时间可以产生响应，并且更加有效地发生作用。再比如，本发明的电磁波行波滞缓设备可以使电磁干扰波更加平缓，降低电磁干扰波形的辐射能力，使EMC滤波器更加有效滤波，甚至可以在某些功率较大的场合，不方便串联EMC滤波器时，能够部分替代滤波器的作用。
本发明还涉及一种电磁波行波滞缓方法，通过采用前述任意一种的电磁波行波滞缓设备提高电磁波行波传到介质的介电常数和相对磁导率，从而降低电磁波行波波速和波形陡度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电磁波行波滞缓设备，其特征在于，包括：中空导电管、设置在所述中空导电管内部的磁体，设置在所述中空导电管和所述磁体之间以绝缘所述磁体和所述中空导电管的第一绝缘套管，环绕所述中空导电管设置的磁性套管，以及设置在所述磁性套管和所述中空导电管之间以绝缘所述中空导电管和所述磁性套管的第二绝缘套管。
2.根据权利要求1所述的电磁波行波滞缓设备，其特征在于，所述中空导电管为外壁上开设连续螺旋槽的圆柱形金属管。
3.根据权利要求2所述的电磁波行波滞缓设备，其特征在于，所述磁体为穿设在所述圆柱形金属管的中央的磁棒，所述圆柱形金属管的两端壁中央设置供所述磁棒通过的第一通孔。
4.根据权利要求3所述的电磁波行波滞缓设备，其特征在于，所述圆柱形金属管的两端壁上围绕所述第一通孔等距设置多个第二通孔。
5.根据权利要求1所述的电磁波行波滞缓设备，其特征在于，进一步包括设置在所述中空导电管两端的固定连接件。
6.根据权利要求5所述的电磁波行波滞缓设备，其特征在于，所述固定连接件包括套设在所述中空导电管两端以绝缘所述中空导电管与所述磁性套管的环形绝缘介片，以及固定在所述磁性套管上的导电固定盖。
7.根据权利要求6所述的电磁波行波滞缓设备，其特征在于，所述导电固定盖的外壁上设置多个第三通孔。
8.一种电磁波行波滞缓设备，其特征在于，包括：外壁上开设连续螺旋槽的圆柱形金属管、设置在所述圆柱形金属管中央的磁棒、套设在所述磁棒之上以绝缘所述磁棒和所述圆柱形金属管的第一绝缘套管，套设在所述圆柱形金属管上的第二绝缘套管，套设在所述第二绝缘套管上的磁性套管，套设在所述圆柱形金属管两端以绝缘所述圆柱形金属管与所述磁性套管的环形绝缘介片，以及固定在所述磁性套管上的导电固定盖。
9.根据权利要求8所述的电磁波行波滞缓设备，其特征在于，所述磁棒穿设在所述圆柱形金属管的中央，所述圆柱形金属管的两端壁中央设置供所述磁棒通过的第一通孔；所述第一通孔周围等距设置多个第二通孔，所述导电固定盖的外壁上设置多个第三通孔。
10.一种电磁波行波滞缓方法，其特征在于，通过采用根据权利要求1-9中任意一项所述的电磁波行波滞缓设备提高电磁波行波传到介质的介电常数和相对磁导率，从而降低电磁波行波波速和波形陡度。
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