【摘要】：使用仿真軟件COMSOL對填充了鐵氧體的同軸傳輸線進(jìn)行建模仿真,實(shí)現(xiàn)了對高電壓脈沖前沿上升時(shí)間的壓縮。對鐵氧體傳輸線的輸入脈沖電壓幅值進(jìn)行研究,輸入脈沖電壓幅值的增加可以有效地減少輸出脈沖上升時(shí)間,使脈沖銳化效果愈加明顯。同時(shí),對比不同半徑的鐵氧體傳輸線,掃描出能使傳輸線銳化脈沖的最低輸入電壓幅值,并發(fā)現(xiàn)較粗的傳輸線需要更大的脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)銳化效果。
【圖文】：

?根據(jù)式（1）中所呈現(xiàn)的反比關(guān)系，鐵氧體相對磁導(dǎo)率的變化直接影響了脈沖前沿傳播相速度的變化。隨著高電壓脈沖沿著傳輸線傳播，電壓幅度逐漸增加，鐵氧體也隨之逐漸勵(lì)磁，使得磁導(dǎo)率降低，波速增快。于是在鐵氧體傳輸線中，脈沖前沿的每一個(gè)斷面都有著自己的傳播速度[2]，其在傳播過程中不斷“變形”，整體來看便有脈沖前沿的尾部“趕上了”脈沖前沿頭部，使得脈沖前沿被壓縮，實(shí)現(xiàn)銳化效果。當(dāng)鐵氧體全部達(dá)到飽和狀態(tài)之后，脈沖前沿各點(diǎn)的波速便不會再發(fā)生變化。2.2傳輸線理論填充鐵氧體的同軸傳輸線結(jié)構(gòu)如圖1所示。（a）傳輸線結(jié)構(gòu)（b）傳輸線剖面結(jié)構(gòu)圖1鐵氧體填充同軸傳輸線結(jié)構(gòu)及其橫截面Fig.1Structureandcross-sectionviewoftheferrite-filledtransmissionline忽略鐵氧體與介質(zhì)之間的空隙，傳輸線單位長度電容和電感為00o12io2lnlnCdDddεεεπ=+（2）()()0o012iilnln2dDLIIddμμμ=+π（3）在式（3）中，鐵氧體相對磁導(dǎo)率是關(guān)于電流的函數(shù)。傳輸線特征阻抗即為()000LIZC=（4）

[15]θ00ddddddVIMLbztt=+μ（9）式中，b為鐵氧體的徑向半徑（m）；θdMdt為磁矩圓周分量隨時(shí)間的變化量。由此可見，鐵氧體徑向半徑變量b也影響著脈沖前沿的“形變”。3仿真本實(shí)驗(yàn)使用軟件COMSOLMultiphysics中的RF模塊進(jìn)行仿真。鐵氧體內(nèi)外半徑分別為3mm和6.4mm。尺寸規(guī)格見表1。材料的非線性磁導(dǎo)率函表1鐵氧體傳輸線尺寸規(guī)格Tab.1Thesizeofferrite-filledtransmissionline傳輸線傳輸線長度/mm內(nèi)徑/mm外徑/mm磁心厚度/mm飽和阻抗/ΩLine11403103.450.4Line21403126.151.1數(shù)由圖2定義。輸入端與輸出端的負(fù)載阻抗設(shè)置成50Ω以匹配傳輸線阻抗，，并在傳輸線的兩個(gè)端口設(shè)置探針對脈沖波形進(jìn)行監(jiān)測。圖2鐵氧體相對磁導(dǎo)率與磁通密度關(guān)系函數(shù)Fig.2Thefunctionoftherelativepermeabilityversusmagneticfluxdensityforthesimulatedferritematerial脈沖銳化過程中，鐵氧體材料在不同時(shí)刻相對磁導(dǎo)率的變化如圖3所示。自旋飽和前端[3]沿著鐵氧體材料傳播，將飽和區(qū)域留在后面。在飽和區(qū)域中脈沖前沿“尾部”的傳播速度比不飽和區(qū)域中的脈沖前沿“頭部”要快得多，以此完成脈沖前沿銳化過程。圖3鐵氧體不同時(shí)刻相對磁導(dǎo)率的對比Fig.3Thecomparisonoftherelativepermeabilityattwodifferenttimes圖4為鐵氧體傳輸線仿真的銳化效果示例。脈沖源設(shè)置成階躍函數(shù)，電壓幅值50kV，脈沖前沿上升時(shí)間為1.6ns。傳輸線輸入端的電壓波形在一段時(shí)間內(nèi)存在相當(dāng)大的反射，電壓值遠(yuǎn)大于脈沖源的峰圖450kV脈沖仿真波形Fig.4Thesimulationwaveformsofa50kVinputpulse
【作者單位】： 浙江工業(yè)大學(xué)光纖通信研究所;
【基金】：浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LY14F050004)
【分類號】：TM277;TM24

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本文編號：2517808