鐵氧體填充非線性同軸傳輸線相關(guān)特性的研究.pdf

1、同軸線作為一種常見的信號傳輸線，普遍地應(yīng)用于各種射頻系統(tǒng)中。通過在內(nèi)外導(dǎo)體間的電介質(zhì)層中填充鐵氧體材料，并利用其相對磁導(dǎo)率與磁場相關(guān)的特點(diǎn)，可以將鐵氧體同軸傳輸線作為一種脈沖銳化設(shè)備，有效地將較慢上升沿的電脈沖銳化成上升沿較快的脈沖?？烀}沖配合外部軸向偏置磁場可以誘發(fā)鐵氧體材料的阻尼旋磁進(jìn)動(dòng)效應(yīng)，產(chǎn)生頻率為數(shù)吉赫茲、功率高達(dá)兆瓦級的微波。這種非線性同軸線能夠承受極端的功率密度，因此它可作為一種簡易的高功率微波源，滿足微波通信或高功率微波

2、武器的需求。
　　本文利用有限元仿真軟件研究這些顯著特性，并設(shè)計(jì)鐵氧體同軸線模型將納秒級的高電壓脈沖前沿壓縮至皮秒級，通過對旋磁進(jìn)動(dòng)的仿真獲得了兆瓦級的高功率微波。在此基礎(chǔ)上對比了電壓幅值、外部偏置磁場、鐵氧體磁芯參數(shù)以及同軸線尺寸等參數(shù)對鐵氧體同軸線特性表現(xiàn)的影響，初步得到了其影響規(guī)律，這將為脈沖銳化設(shè)備和高功率微波發(fā)生器的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
　　課題研究完成的工作如下：
　　1.介紹了鐵氧體同軸傳輸線的相關(guān)特性、應(yīng)用領(lǐng)

3、域和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對鐵氧體的元素組成、晶體結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)、生產(chǎn)過程以及同軸傳輸線的基本理論等相關(guān)方面做了研究。
　　2.以鐵氧體同軸傳輸線為研究對象，結(jié)合微觀磁學(xué)分析了其能銳化脈沖并產(chǎn)生高功率微波的基本理論原理，以此來闡述鐵氧體傳輸線的工作原理。為不同參數(shù)影響脈沖銳化特性和產(chǎn)生高功率微波特性的討論提供理論基礎(chǔ)。
　　3.利用有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics完成了傳輸線尺寸、輸入脈沖電壓峰值、外部偏置磁場

4、強(qiáng)度、鐵氧體材料參數(shù)等不同參數(shù)影響鐵氧體同軸線性能表現(xiàn)的仿真工作。
　　4.仿真結(jié)果表明：輸入脈沖電壓越大，脈沖銳化效果越好；添加外部磁場可以進(jìn)一步銳化脈沖，并導(dǎo)致微波振蕩；鐵氧體磁芯的徑向半徑影響脈沖銳化效果所需的最低電壓值；鐵氧體材料較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可以獲得更快的脈沖前沿，較低的初始相對磁導(dǎo)率也可以使脈沖銳化效果更加出色；鐵氧體同軸線的長度影響微波振蕩的持續(xù)時(shí)間與功率水平；半徑變量則主要影響微波振蕩的頻率；存在一個(gè)最優(yōu)化的