[发明专利]一种高储能密度液体介质基折叠型径向脉冲形成线

说明书

本发明公开了一种高储能密度液体介质基折叠型径向脉冲形成线，目的是解决现有形成线难以在较小尺寸条件下提供长方波脉冲的问题。本发明由内导体、外筒、2块绝缘支撑板、液体介质组成，关于中心轴OO’旋转对称，内导体同轴内置于外筒中心，外筒两端分别由2块绝缘支撑板封闭。内导体由圆筒、n个等间距排列的外圆盘突起组成；外筒由圆筒、n个等间距排列的内圆环突起组成，每个内圆环突起处于两个外圆盘突起之间的中间位置，与外圆盘突起交错镶嵌，构成径向折叠结构的慢波结构；液体介质采用高储能密度液体介质。本发明能增加形成线储能、减慢电磁波传输的速度，实现长脉冲输出，并保持整体结构紧凑，增长输出脉冲宽度。

技术领域

本发明涉及高功率脉冲驱动源技术领域的脉冲形成线，尤其是一种高储能密度液体介质基折叠型径向脉冲形成线。

背景技术

高功率(大于100MW)脉冲驱动源技术是一种将低功率储存的高密度电磁场能量，进行快速压缩转换为脉冲高功率的电物理技术，是高功率微波、脉冲激光、电磁发射、聚变能源等应用的基础。近年来，在高性能脉冲驱动源装置的应用牵引下，准方波高功率电脉冲在高功率微波、高能量脉冲激光、等离子体物理、材料改性、工业废气废水处理、生物医学以及食品杀菌消毒等众多重点领域获得了广泛的关注和快速的发展。高功率脉冲驱动源技术的重要发展方向是高功率、长脉冲、紧凑化、高稳定可靠。电容储能型脉冲功率源采用液体介质脉冲形成线作为储能器件，具有输出波形质量高、可较高重复频率运行的特色，得到了广泛的研究和应用，是该领域的重要技术途径之一。

液体介质型脉冲形成线是高功率脉冲驱动源形成方波电脉冲的关键子部件，通常占据了脉冲驱动源装置体积60％以上，直接决定了驱动源的工作性能、应用前景和体积大小。脉冲形成线实质上为电传输线，能够实现电能的存储、传输和方波形成等功能，它的储能介质通常由固体或液体介质构成，具有固定的相对介电常数ε_r。脉冲形成线的电能储存于传输线之间储能介质中，在闭合开关后，以恒定的电压幅值传递给负载(负载阻抗与脉冲形成线本征阻抗相等)，并在负载上形成方波电脉冲。

方波电脉冲的脉冲宽度与脉冲形成线的电长度决定成正比。脉冲形成线的电长度τ可以表示为其中ε_r为脉冲形成线内储能介质的相对介电常数，l为脉冲形成线的机械长度，c为真空中的光速。脉冲形成线的电长度τ与储能介质的相对介电常数ε_r呈正比二分之一次方关系，能够通过采用更高介电常数的液体介质来增长脉冲形成线电长度。脉冲形成线在储能过程中相当于一个电容器，其中某处的储能密度为：ω＝0.5ε₀ε_rE²。式中，E为相应点处的电场强度，ε₀和ε_r分别为真空中的介电常数和储能介质的相对介电常数，ε₀＝10⁷/(4πc²)＝8.85×10^-12F/m。较高介电常数的液体介质能够使形成线的平均储能密度有效地提高，这一类液体一般称为高储能密度液体介质。在实际应用过程中液体介质的电阻率还会影响电场强度，所以高储能密度液体介质除了具有高介电常数的特点外，还应该具有较高的电阻率(大于20MΩ·cm以上)的特点。