高一致性平行板传输线的制作方法

1.本实用新型涉及一种传输线，具体地说是一种高一致性平行板传输线，属于传输线领域。


背景技术：

2.电磁脉冲是一种瞬变的电磁现象。时域上，具有陡峭的前沿，较窄的脉宽；频域上，覆盖了较宽的频带。而核电磁脉冲，峰值场强极高，上升时间极短，其能量之大，作用范围之广，是其他任何电磁脉冲无法比拟的。为考察元器件、设备等在核电磁脉冲环境下的敏感性和生存能力，需要运用模拟试验的方法进行实验和分析。
3.核电磁脉冲模拟器充结构上大体分为有界波核电磁脉冲模拟器及辐射式核电磁脉冲模拟器。核电磁脉冲模拟器能利用有限的能量获得极高的电场强度，产生和形成标准核电磁脉冲辐照环境。主要由高压脉冲源、电场照射器组成。作为关键设备，电场照射器的作用是在脉冲源的激励下，在其内部形成脉冲电磁场分布。电场照射器的尺寸和结构形式直接影响着电场均匀性及脉冲的波形参数如峰值电场、上升时间、半峰值脉宽等。随着核电磁脉冲模拟器技术的发展，依据不同设备的测试要求，电场辐照器衍生出多种结构形式，常用的有gtem小室、分布式辐射线、平行板传输线等结构形式。目前研究热点集中在提高脉冲电场的上升时间和峰值场强。
4.gtem小室是常用的电场辐照器，它具有封闭的结构形式可以抑制电磁波向外辐射，但有效照射范围较小。分布线通常做成三角形形式，地平面铺设金属网，金属网和辐射线之间形成电场分布，对场地要求较高，需要对应的地网改造；平行板传输线采用金属板代替辐射线并增加前后过渡段，这种结构容易在过渡段引起反射，但其结构简单且便于移动。考虑到其实用性、经济性和便于移动性，在小型核电磁脉冲模拟应用中，平行板传输线得到了广泛的应用。
5.由于平行板传输线的先天结构，其板面过渡段、支撑结构会引起较大反射，造成测试空间内场波形参数差别较大，对测试结果造成一定影响。
6.上世纪60年代来，世界各国建造了各种形式的大型模拟器。比如alecs模拟器、特斯拉模拟器、temps模拟器等。美国研制的empressⅱ模拟器，脉冲源的输出电压峰值可达到７mv，上升时间小于10ns，在200m高度可以产生25kv/m的电场强度；瑞士montana公司的hemp模拟器，脉冲源输出电压12kv，上升时间约2.8ns，辐射射线的高度为3.6m。从已有的资料文献看，对平行板传输线的研究以理想化结构分析居多，很少考虑其支撑结构对测试空间波形的影响，然而支撑结构对波形的影响较大，且无法忽视。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于，设计了一种高一致性平行板传输线，用于核电磁脉冲脉敏感度试验分析，且天线主体设计简单，安装架设方便。
8.本实用新型的技术方案为：
9.高一致性平行板传输线，所述平行板传输线由前到后依次设有前过渡段、平行板段、后过渡段、负载电阻，所述平行板段设有工作空间。前过渡段的引入保证了瞬态脉冲发生器激励的电磁波无反射、无损耗地传输到工作空间。平行板段提供了一个较为理想的近似于单一平面波的环境，场强的峰值则与瞬态脉冲发生器的工作电压成正比而与工作空间的高度成反比。后过渡段及负载电阻的引入可减少末端反射。工作过程中，瞬态脉冲发生器产生的脉冲高压信号通过平行板传输线传输至末端被负载电阻吸收。
10.在前过渡段中，波基本以球面波形式传播，为使工作空间内的波前接近平面波，前过渡段的长度通常为工作空间高度的二倍以上，这也将导致平行板的结构尺寸过大，增加加工、装配难度，可适当调整。前过渡段、平行板段以及后过渡段可视作传输线，各段宽高比保持一致，从而保证平行板传输线阻抗恒定。
11.所述平行板传输线设置在支架上，所述支架的总体长6m、宽1.4m、高为2.1m。其中，所述平行板段的空间大小为1.6m长
×
1.4m宽
×
1.5m高。
12.所述支架为组装型一体化支撑框架，对平行板传输线和瞬态脉冲发生器做整体结构支撑，整体结构稳固牢靠，移动便捷。
13.所述支架的前端为脉冲源壳体结构，终端接负载电阻。
14.为提升性能，所述平行板段的前端设有介质支架，所述介质支架的两侧设有支撑柱，所述支撑柱上添加1.4m宽、10cm高金属挡板。
15.所述工作空间大小为0.8m长
×
0.7m宽
×
1m高。
16.所述工作空间一半空间内放置18个电场探针，监测电场波形。
17.本实用新型通过对普通平行板传输线结构平行板段前端添加金属挡板，对空间内的场有一定扰动，增加了场反射点。
18.本实用新型的有益效果为：通过对普通平行板传输线结构平行板段前端添加金属挡板，改善了空间内电场的一致性，对上升沿的改善较为明显，对电磁脉冲下降波形抖动沿也有一定改善，为后期系统调试留有余量，且结构设计加工简单，安装架设方便可行。
19.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例高一致性平行板传输线的结构示意图；
21.图 2 为本实用新型实施例平行板传输线整体结构图；
22.图 3 为本实用新型实施例电场波形典型曲线图；
23.图 4为未改进的电场波形典型曲线图。
具体实施方式
24.以下对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.实施例1
26.如图1-4所示，一种高一致性平行板传输线，所述平行板传输线11由前到后依次设有前过渡段1、平行板段2、后过渡段3、负载电阻4，所述平行板段2设有工作空间5。
27.前过渡段1的引入保证了瞬态脉冲发生器激励的电磁波无反射、无损耗地传输到
工作空间。平行板段2提供了一个较为理想的近似于单一平面波的环境，场强的峰值则与瞬态脉冲发生器的工作电压（v0）成正比而与工作空间的高度（h）成反比（e≈v0/h）。后过渡段3及负载电阻（终端负载）4的引入可减少末端反射。工作过程中，瞬态脉冲发生器产生的脉冲高压信号通过平行板传输线传输至末端被负载电阻吸收。
28.在前过渡段1中，波基本以球面波形式传播，为使工作空间5内的波前接近平面波，前过渡段1的长度通常为工作空间5高度的二倍以上，这也将导致平行板的结构尺寸过大，增加加工、装配难度，可适当调整。前过渡段1、平行板段2以及后过渡段3可视作传输线，各段宽高比保持一致，从而保证平行板传输线阻抗恒定。
29.负载电阻4与平行板传输线特性阻抗匹配，以避免末端反射。根据以下三个公式计算平行板传输线特性阻抗：
[0030][0031]
其中，a代表平行板传输线的上下极板宽度；b代表传输线的高度；120π为真空中的波阻抗。
[0032]
基于以上原理，并考虑到天线的工程应用及波形一致性，设计了如图1的结构形式。
[0033]
所述平行板传输线11设置在支架上，所述支架的总体长6m、宽1.4m、高为2.1m，其中，所述平行板段2的空间大小为1.6m
×
1.4m
×
1.5m（长
×
宽
×
高）。所述支架为组装型一体化支撑框架，对平行板传输线和瞬态脉冲发生器做整体结构支撑，整体结构稳固牢靠，移动便捷；所述支架的前端为脉冲源壳体结构12，终端接负载电阻（180ω）4。为提升性能，所述平行板段2的前端设有介质支架13，所述介质支架13的两侧设有支撑柱，所述支撑柱上添加1.4m宽、10cm高金属挡板14。所述支架的底部为金属支架15。
[0034]
考虑到结构对称性，对工作空间（0.8m
×
0.7m
×
1m）5的一半空间内放置18个电场探针，监测电场波形，得到典型波形如附图3所示。
[0035]
表1 波形统计结果：
[0036]
探针上升沿（ns）半峰脉宽（ns）电场强度（kv/m）1. 2.2625.2659.162. 2.425.3856.913. 2.3524.9462.534. 2.4425.4757.135. 2.5625.6458.46. 2.5325.1363.637. 2.2824.8462.738. 2.4724.458.949. 2.4524.1764.610.
ꢀꢀꢀꢀꢀ
2.625.0161.2711.
ꢀꢀꢀꢀꢀ
2.6424.7760.6912.
ꢀꢀꢀꢀꢀ
2.5524.3366.1
13.
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1.8622.6962.5214.
ꢀꢀꢀꢀꢀ
2.2320.3261.0915.
ꢀꢀꢀꢀꢀ
2.3520.6866.5316.
ꢀꢀꢀꢀꢀ
1.922.5260.3517.
ꢀꢀꢀꢀꢀ
2.352162.9718.
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2.4521.2767.01min1.8620.3256.91max2.6425.6467.01
[0037]
上升沿为1.86～2.64ns（差值为0.78ns）；半峰脉宽为20.32～25.64ns；电场强度为56.91～67.01kv/m。满足核电磁脉冲波形指标要求：上升沿满足范围1.8～2.8ns；半峰脉宽满足范围18～28ns；最大电场强度满足范围50～100kv/m。
[0038]
为了说明该模型的优势，去除平行板段金属挡板后对工作空间电场波形做仿真，得到如附图4所示结果。
[0039]
上升沿为1.81～2.76ns（差值为0.95ns）；半峰脉宽为19.62～25.66ns；电场强度为57.87～68.61kv/m。
[0040]
对比以上两种平行板传输线得到结果，可以看出所述添加了金属挡板的平行板传输线，对空间内的场有一定扰动，增加了场反射点。改善了空间内电场的一致性（对上升沿的改善较为明显，差值从0.95ns缩减到0.78ns），对电磁脉冲下降波形抖动沿也有一定改善，为后期系统调试留有余量，且结构简单易行。