[发明专利]一种低阻抗高压同轴电缆

说明书

技术领域

本发明涉及一种低阻抗高压同轴电缆，具体涉及一种高电压、小转弯半径的低阻抗同轴电缆，属于脉冲功率技术领域，主要用于脉冲信号传输和高压方波脉冲的产生。

背景技术

在脉冲功率技术领域，高压同轴电缆可用于传输高压脉冲，也可用作脉冲形成线，用于产生高压方波脉冲。经过几十年的发展，高压同轴电缆工作电压从几十千伏提升至数百千伏，已经应用于各种不同类型的脉冲功率装置中，比如传输线变压器、固态脉冲调制器等。然而，作为这些装置的高压同轴电缆，目前存在阻抗较高、转弯半径大等问题，使装置阻抗较高，体积较为庞大，亟待解决。

传统的高压同轴电缆一般由金属内导体，内绝缘层，金属外导体和外绝缘层四部分层层相套而成，通过调整金属内导体、内绝缘层和金属外导体的直径，可以调整同轴电缆的工作电压和阻抗，一般来说，内绝缘层越薄，工作电压越低，阻抗越小。而为了保证一定的工作电压，为了减小阻抗，需要同时增大金属内导体、内绝缘层和金属外导体的直径，造成高压同轴电缆体积较大，且转弯半径也较大【陈国平，罗易堃，“低阻抗同轴电缆的制备与可调电阻测试法”，数字通信，2014，Vol.41，No.6，pp.1-2】。

市场上的低阻抗高压同轴电缆普遍存在直径较大，转弯半径较大的问题，不能满足紧凑化高功率脉冲功率装置的需求，因此，寻找直径小，转弯半径小的低阻抗高压同轴电缆对高功率脉冲功率装置的紧凑化具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有低阻抗高压同轴电缆直径较大，转弯半径较大等不足，提出了一种由多股金属内导体并联、内绝缘层分离的新型低阻抗高压同轴电缆，其具有结构简单，耐压高，阻抗低，转弯半径小的优点。

本发明采用的技术方案为：

一种低阻抗高电压同轴电缆，由N根金属内导体、N条内绝缘层、金属外导体、外绝缘层和金属连接体组成，N≥2，N根金属内导体和N条内绝缘层构成N根高压电线，N根高压电线在外绝缘层内呈n层排列，n≥2，N条内绝缘层相互独立，N根金属内导体在两端分别通过两块金属连接体并联在一起，构成低阻抗高电压同轴电缆的内导体，N条相互独立的内绝缘层构成低阻抗高压同轴电缆的内绝缘层，外绝缘层和金属外导体作为低阻抗高压同轴电缆的外绝缘层和外导体；

为保证本发明所述低阻抗高电压同轴电缆的耐高压能力、低阻抗和小转弯半径，需要充分设计低阻抗高压同轴电缆各组成部件的尺寸，在设计时需要考虑以下两个方面：

1.低阻抗高压同轴电缆中N根金属内导体的直径d₁、N条内绝缘层的直径d₂、N根金属内导体排列后形成的最大外直径(d_k+d₁)和金属外导体内直径d_i的选择要能够满足在特定工作电压下不会发生击穿，满足其中E_b为内绝缘层绝缘材料的击穿场强，由绝缘材料的绝缘特性决定，V_C为同轴电缆的工作电压，k为击穿安全系数，0<k<1，k越小，越不容易发生击穿；

2.低阻抗高压同轴电缆所需要的阻抗由金属外导体的内直径d_i、金属外导体的外直径d_w和高压电线的根数N确定，一般来说电缆阻抗为L为电缆单位长度的电感，C为电缆单位长度的电容，L和C的具体计算方法如下：

在计算L和C时，将同轴电缆从内到外分别标记为第1层、第2层、第3层、……、直至第n层，一般来说，高压电线数量N越大，层数n越多，其中第1层由1根高压电线组成，与金属外导体构成同轴结构；第2层由i根高压电线组成，i根高压线的金属内导体中心围成的圆周直径为d₃；第3层由j根高压电线组成，j根高压线的金属内导体中心围成的圆周直径为d₄；……；第n层由k根高压电线组成，k根高压线的金属内导体中心围成的圆周直径为d_k，那么可以计算得到第1层与金属外导体构成同轴结构的电感与电容分别为：