专利摘要

专利摘要

本实用新型公开了一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，包括同轴矩形外筒、外筒盖和同轴内芯，矩形外筒与外筒盖通过螺钉固定连接为一体且矩形外筒内为密封空间，所述同轴内芯设置在矩形外筒内，且在矩形外筒内填充有变压器油，同轴内芯包括若干个金属块内芯、陶瓷介质块和导体杆，金属块对称均匀分布在同轴线的上侧和下侧，从同轴内芯的输入到输出，导体杆依次连接在同轴线上侧与下侧的金属块之间，同轴线上侧或下侧的金属块与金属块之间设置有陶瓷介质块，玻璃管的外表面套有铁氧体磁芯；利用本实用新型可以构建出具有高功率容量的交叉耦合磁饱和非线性传输线具体结构，实现高功率射频脉冲的产生,解决利用非线性传输线产生高功率微波的技术难题。

权利要求

1.一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，其特征在于包括同轴矩形外筒、外筒盖和同轴内芯，

所述矩形外筒与外筒盖通过螺钉固定连接为一体且矩形外筒内为密封空间，所述同轴内芯设置在矩形外筒内，且在矩形外筒内填充有变压器油，变压器油的高压击穿电压不小于40kV，

所述同轴内芯包括若干个金属块内芯、陶瓷介质块和导体杆，金属块对称均匀分布在同轴线的上侧和下侧，同轴线上侧与下侧的金属块在同轴垂直线上错位设置，

从同轴内芯的输入到输出，导体杆依次连接在同轴线上侧与下侧的金属块之间，同轴线上侧或下侧的金属块与金属块之间设置有陶瓷介质块，

所述导体杆外表套有绝缘有机玻璃管，玻璃管的外表面套有铁氧体磁芯，

所述金属块内芯与同轴矩形外筒的内壁不接触。

2.根据权利要求1所述的一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，其特征在于所述外筒盖上设置有气孔，气孔贯穿外筒盖，气孔上设置有孔塞。

3.根据权利要求2所述的一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，其特征在于通过气孔向密封好的同轴矩形外筒内注入1至2个大气压力的SF6气体。

4.根据权利要求1所述的一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，其特征在于所述导体杆、玻璃管、铁氧体磁芯均为圆柱形，且三者连接。

5.根据权利要求1所述的一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，其特征在于所述陶瓷介质块对立的两侧面上设置有凹槽，金属块内芯的一端插入一个陶瓷介质的一个凹槽内。

6.根据权利要求1所述的一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，其特征在于所述金属块内芯和圆柱导体杆的最大尺寸小于P波段和L波段波长的十分之一。

说明书

技术领域

本实用新型涉及高功率微波技术领域，尤其是涉及一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构。

背景技术

非线性传输线（NLTL）是目前高功率微波（HPM）辐射装置产生电磁脉冲的有效途径之一。它利用磁饱和NLTL的非线性和强色散特性，可直接将馈入的高压长脉冲转换为射频脉冲输出，与传统的HPM装置相比优势在于它无需驱动电子束、约束磁场系统和真空系统，同时还能通过设置电感磁芯的初始状态调节输出电磁脉冲的中心频率和相位，从而可以实现空间功率合成、波束扫描和频率动态调整。非线性传输线有两种技术路线，一种是基于非线性电容，另一种是基于非线性电感。由于基于非线性电感的NLTL，具有体积紧凑、能量效率高、和能够电调频、电调相等特点。交叉耦合电容的作用是增强NLTL电路的色散作用，可以实现快起振。

名称为“HPMsystemsbasedonNLTLtechnologies”的文章（IETConferenceonHighPowerRFTechnologies,2009:548）公开了一种交叉耦合磁饱和非线性传输线原理性框图，如图1所示。但具体的结构却未见报道，也未见有相似结构公开。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过一种合理的结构设计，实现具有高功率容量的交叉耦合磁饱和NLTL，实现利用NLTL产生高功率射频脉冲输出。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:

一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构，包括同轴矩形外筒、外筒盖和同轴内芯，

所述矩形外筒与外筒盖通过螺钉固定连接为一体且矩形外筒内为密封空间，所述同轴内芯设置在矩形外筒内，且在矩形外筒内填充有变压器油，变压器油的高压击穿电压不小于40kV，

所述同轴内芯包括若干个金属块内芯、陶瓷介质块和导体杆，金属块对称均匀分布在同轴线的上侧和下侧，同轴线上侧与下侧的金属块在同轴垂直线上错位设置，

从同轴内芯的输入到输出，导体杆依次连接在同轴线上侧与下侧的金属块之间，同轴线上侧或下侧的金属块与金属块之间设置有陶瓷介质块，

所述导体杆外表套有绝缘有机玻璃管，玻璃管的外表面套有铁氧体磁芯，

所述金属块内芯与同轴矩形外筒的内壁不接触。

在上述技术方案中，所述外筒盖上设置有气孔，气孔贯穿外筒盖，气孔上设置有孔塞。

在上述技术方案中，通过气孔向密封好的同轴矩形外筒内注入1至2个大气压力的SF6气体。

在上述技术方案中，所述导体杆、玻璃管、铁氧体磁芯均为圆柱形，且三者连接。

在上述技术方案中，所述陶瓷介质块对立的两侧面上设置有凹槽，金属块内芯的一端插入一个陶瓷介质的一个凹槽内。

在上述技术方案中，所述金属块内芯和圆柱导体杆的最大尺寸小于P波段和L波段波长的十分之一。

本实用新型的工作原理是：当输入的高功率脉冲通过时，在NLTL中产生两个并行过程，首先是非线性过程：高压脉冲电流穿过NLTL单元环型铁氧体磁芯，铁氧体磁芯迅速由非饱和状态磁化为饱和状态（饱和电感L），使馈入脉冲的前沿产生突变的冲击波前；第二个过程色散过程：由矩形同轴结构内芯金属块、陶瓷介质和矩形同轴结构外壁构成的电容C和由环形铁氧体磁芯构的饱和电感以及由两相邻矩形同轴结构内芯金属块以及中间的陶瓷介质构成的交叉耦合电容C’共同构成的具有交叉耦合电容的人工传输线电路（交叉耦合电容的作用是增加色散作用），具有独特色散关系，形成的冲击波前在这一人工线中传输时，激励出的振荡电磁脉冲群速Vg低于阶跃前沿传播速度Vs，能量逐渐以振荡电磁波形式往脉冲后沿蔓延，在沿NLTL传输过程中调制出高频电磁脉冲。为了实现高功率容量，整个NLTL同轴结构内充变压器油实验高功率容量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：利用本实用新型可以构建出具有高功率容量的交叉耦合磁饱和非线性传输线具体结构，实现高功率射频脉冲的产生,解决利用非线性传输线产生高功率微波的技术难题。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是交叉耦合磁饱和NLTL原理框图；

图2是本实用新型的结构剖面示意图；

图3是图2的A-A’视图；

图4是NLTL结构节点电容C结构示意图；

图5是NLTL结构节点间交叉耦合电容C’结构示意图；

图6是NLTL结构节点电感结构示意图；

图7是高功率交充叉耦合磁饱和NLTL设计实例示意图；

图8是NLTL馈入脉冲；

图9是NLTL产生的射频脉冲；

图10是NLTL产生的射频脉冲频谱；

其中：1是矩形同轴结构外筒；2是金属块内芯；3是陶瓷介质块；4是圆柱导体杆；5是绝缘有机玻璃管；6是环形铁氧体磁芯；7是变压器油。

具体实施方式

如图1所示，该图为名称为“HPMsystemsbasedonNLTLtechnologies”的文章（IETConferenceonHighPowerRFTechnologies,2009:548）公开的一种交叉耦合磁饱和非线性传输线原理性框图，从该文公开以来一直未见相对应的结构或设备公开。

本实用新型是在上述公开的文章基础上通过矩形同轴线结构设计，构建出交叉耦合磁饱和非线性传输线所要求的电容、电感和交叉耦合电容，实现交叉耦合磁饱和非线性传输线电路。

本实用新型的结构如图2、图3所示，主要由下述几个部分组成：矩形同轴结构外筒、金属块内芯、陶瓷介质块、圆柱导体杆、绝缘有机玻璃管、环形铁氧体磁芯、绝缘变压器油介质。本实用新型的交叉耦合磁饱非线性传输线可以工作在P和L波段。高功率脉冲信号从NLTL一端馈入后,脉冲在经过非线性和色散作用，最终实现高功率射频脉冲的产生。

具体实施采用以下设计：

１）高功率容量设计

为提高功率容量在满足电路性能指标的前提下，应通过数值模拟找出最大场强结构位置，通过尖角倒圆等措施降低电场强度。在陶瓷介质材料选取时，应选用无杂质和孔缝绝缘特性优良的质密95高压陶瓷。

为了实现NLLT的高功率容量，采用了变压器油实现高压绝缘。在实际应用时要将变压器油进行多次过滤，确保变压器油清洁无杂质，经打压实验，高压击穿电压应不小于40kV。装配时先将NLTL各加工部件用酒精清洗干净，除去表面油污，并放入烘箱进行烘烤。烘烤完成后再将各部件安装在NLTL矩形同轴结构中，注入过滤后的清洁变压器油。为防止高压击穿，导体柱与两金属块内芯之的连接必需紧固；为除去同轴结构变压器油中的少量气泡，需要对装置进行轻微振动，同时可以对同轴结构充1-2个大气压力的SF6气体，通过SF6气体对变压器油内的空气加压，减小气泡的直径或者排除气泡。

2）矩形同轴结构

交叉耦合磁饱和非线性传输线由矩形同轴结构构成，如图2、图3所示，一面通过盖板实现油密封。其中同轴结构外筒是矩形箱体，三面焊接；同轴结构内芯由矩形腔中上下两层金属块内芯和圆柱导体杆构成；同轴结构中的填充介质由变压器油和陶瓷块构成。

采用矩形同轴结构实现NLTL的原因是：一是能够传输单色TEM波；二是能够实现较高的功率容量；三是金属块和圆柱导体杆最大尺寸相对于P和L波段微波的波长是小量（不到十分之一），因此同结内芯结构的尺寸不对微波传输造成大的影响；四是便于与脉冲功率源和负载连接。

3）NLTL电路中电容C的物理结构

交叉耦合磁饱和非线性传输线原理框图1中的节点电容C的物理实现由同轴结构中矩形金属块内芯、陶瓷介质块、变压器油和同轴结构外筒完成。具体结构如图4所示。其中由于陶瓷介电常数高（介电常数为9）,因此电容主要由金属块内芯、陶瓷介质及外筒两个侧壁构成。介质块与外筒上盖之间的开孔是为了便于金属块内芯与陶瓷介质块之间变压器油中气泡的排出。

4）NLTL电路中交叉耦合电容C’的物理结构

交叉耦合磁饱和非线性传输线原理框图1中的节点间交叉耦合C’的物理实现由同轴结构中同层的两相临矩形金属块内芯、陶瓷介质块完成。具体结构如图5所示。

5）NLTL电路中磁芯电感L的物理结构

交叉耦合磁饱和非线性传输线原理框图1中的节点电感如图6所示，由以下述几部分组成：环形铁氧体磁芯；圆柱导体杆；绝缘有机玻璃管。绝缘有机玻璃管提供圆柱导体杆与环形铁氧体磁芯之间的高压绝缘。圆柱导体杆作为同轴结构内芯的一部分，当同轴结构传输的脉冲电流通过时，引起环形铁氧体磁芯的磁通量变化，实现铁氧体磁芯迅速由非饱和状态磁化为饱和状态的跃变，饱和电感为L。

由上述技术方案设计了一套可产生中心频率约300MHz的高功率非线性传输线，结构如图7所示。

其中:8是交叉耦合磁饱和NLTL,其作用为产生射频脉冲。

9是高功率电阻匹配负载,用来吸收NLTL产生的高功率射频脉冲。

10是为电容分压器,分别位于NLTL馈入端和输出端，分别用于测量馈入到NLTL的高压脉冲和NLTL产生的射频脉冲信号。

11是高压开关，与脉冲形成电路共同组成脉冲形成线，用于产生宽脉冲信号。

通过示波器两通道可同时测得NLTL馈入脉冲和产生的射频脉冲信号。馈入到NLTL的脉冲信号如图8所示。馈入脉冲幅度约35kV,脉冲半宽约60ns。NLTL产生的射频脉冲信号如图9所示。射频振荡脉冲峰峰值约31kV。NLTL产生的射频脉冲频谱如图10所示，中心频率308MHz，3dB带宽约13%。

通过本实用新型，就可以实现交叉耦合磁饱和传输线的高功率射频脉冲产生。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

一种交叉耦合磁饱和非线性传输线结构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。