玻璃陶瓷固態(tài)脈沖形成線研究.pdf

1、以脈沖形成線為脈沖成形與傳輸基礎(chǔ)的高功率脈沖系統(tǒng)在可控?zé)岷司圩儭⒏吖β始す?、電磁軌道炮、超寬帶技術(shù)、工業(yè)材料加工、介質(zhì)壁加速器等高技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著這些領(lǐng)域提出對緊湊型高功率脈沖系統(tǒng)的需求，具有高儲能密度的復(fù)合材料因小巧輕便、所需輔助設(shè)備簡化、兼容性強(qiáng)，成為應(yīng)用在固態(tài)傳輸線中非常有潛力的材料。
　　本論文將高儲能密度的玻璃陶瓷材料和平板傳輸線結(jié)合搭建固態(tài)脈沖形成線，研究了玻璃陶瓷制備的平板傳輸線的耐壓特性與傳輸特性，以期

2、驗(yàn)證玻璃陶瓷作為傳輸線介質(zhì)材料的可行性，探討該材料平板傳輸線傳輸特性與不同參數(shù)之間的規(guī)律。
　　研究中使用高壓窄脈沖調(diào)制器方便地獲得了可調(diào)節(jié)高壓幅值的脈沖電壓，通過簡單的放電回路和銅質(zhì)電極對19種不同材料、不同厚度、不同相對介電常數(shù)或不同電極工藝的玻璃陶瓷介質(zhì)片樣品進(jìn)行了體擊穿實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)片與變壓器油之間相對介電常數(shù)差別越大使得三相點(diǎn)場增強(qiáng)效應(yīng)越明顯，表現(xiàn)為同等條件下較低相對介電常數(shù)的玻璃陶瓷片具有更高的體擊穿場強(qiáng);更大宏

3、觀尺度的玻璃陶瓷片雖然更能耐受高壓，但是其自身存在缺陷的概率也更大，表現(xiàn)為厚度較大的樣品體擊穿場強(qiáng)較低;實(shí)驗(yàn)中所有的體擊穿均發(fā)生在電極邊緣，無電極的裸片比有金屬電極的樣品具有更高的體擊穿場強(qiáng)，證明了玻璃陶瓷本身具有較高的耐壓能力，而提高樣品耐壓能力的瓶頸在于電極工藝;通過在電極邊緣燒制氧化鋅半導(dǎo)體玻璃釉的辦法成功改善了樣品的耐壓性能，特別是對B2O3這一相比鈮酸鹽和PbBa具有更高體擊穿場強(qiáng)的玻璃陶瓷改善很明顯。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得到的階段性成

4、果制備的約1mm厚、相對介電常數(shù)為20、電極周圍燒制了氧化鋅半導(dǎo)體玻璃釉的B2O3體系玻璃陶瓷樣品，獲得了最高的耐壓場強(qiáng)46.9kV/mm，且樣品尚未發(fā)生體擊穿。
　　根據(jù)電磁波在均勻無損線上的傳播特性，結(jié)合平板傳輸線結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)出一種采用正失配單傳輸線型脈沖形成線電路設(shè)計(jì)，通過測量充電電壓、輸出主脈沖幅值、次脈沖幅值、脈沖寬度和平板傳輸線長度，計(jì)算傳輸線特性阻抗和相對介電常數(shù)的方法。應(yīng)用該方法，對不同厚度的鈮酸鹽體系玻璃陶瓷和不同

5、電極寬度和不同相對介電常數(shù)的B2O3體系玻璃陶瓷平板傳輸線的傳輸特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這兩種玻璃陶瓷材料是良好的固態(tài)脈沖形成線介質(zhì)材料，輸出脈沖具有較好的前沿和平頂，并驗(yàn)證了平板傳輸線特性阻抗是電極寬度W和電極間距d之比W/d（寬厚比）的函數(shù)，而非受兩者獨(dú)立影響。實(shí)驗(yàn)中寬厚比0.6至3.5范圍內(nèi)的玻璃陶瓷平板傳輸線的特性阻抗接近經(jīng)驗(yàn)公式。
　　為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法的正確性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用XFDTD軟件對平板傳輸線的單