长磁绝缘传输线实际工程因素的影响研究

长磁绝缘传输线实际工程因素的影响研究
西安交通大学李永东
研究成果
采用UNIPIC-3D粒子模拟软件，对如图1、2所示的支撑杆和直角转弯磁绝缘传输线(MITL)结构进行了模拟研究，通过对电压、阳极电流、阴极电流和电子电流的诊断，以及与理想的长同轴磁绝缘传输线的比对，发现支撑杆和直角转弯两种实际工程因素都会对脉冲功率的传输效率产生不利影响，但支撑杆的影响较小，主要原因来自于支撑杆部分造成了部分电子电流的损失，而直角转弯会破坏局部的磁绝缘特性，较多电子在转弯处损失到外导体，显著降低了脉冲功率的传输效率。

（撰写英文论文1篇，已投IEEE Trans. Plasma Science ）
图1 带螺旋支撑杆同轴磁绝缘传输线三维模型
图2 转弯同轴磁绝缘传输线三维模型
图3、4所示分别为z方向和x方向视图的电子实空间图像，可以看出在支撑杆处存在电子损失，这是由于支撑杆处角方向磁场变小导致磁绝缘被破坏。

图3 36ns时刻电子实空间图（z方向视图）
图4 36ns时刻电子实空间图（x方向视图）
将带螺旋支撑杆MITL的模拟结果与不带支撑杆的普通同轴MITL的结果进行了对比。

如图5所示为输入端电压曲线对比图，可以看出带支撑杆MITL的电压降低了约40kV，降低比例约为8%。

传输线末端电压的对比如图6所示，带支撑杆MITL电压降低约50kV，降低比例约为9%。

图7和图8分别为带支撑杆与不带支撑杆MITL输入端电子电流、传输线末端电子电流的对比图。

可以看出带支撑杆MITL电流降低10~17%。

总之，带支撑杆结构使MITL损失了脉冲功率，但损失幅度不大。

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图5 带支撑杆与不带支撑杆输入端电压对比
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图6 带支撑杆与不带支撑杆传输线末端电压对比
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图7 带支撑杆与不带支撑杆输入端阳极电流对比
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图8 带支撑杆与不带支撑杆传输线末端阳极电流对比
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0.20.40.60.81.01.2
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C u r r e n t (k A )
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图9 带支撑杆与不带支撑杆输入端电子电流对比
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C u r r e n t (k A )
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图10 带支撑杆与不带支撑杆传输线末端电子电流对比
图11为60ns 时刻直角转弯传输线结构电子实空间x 方向视图。

从图中可以看出转弯前电子处于磁绝缘状态；从转弯处开始，传输线外侧的电子较多损失到阳极。

这是由于在转弯处外侧磁场小，不能使电子达到磁绝缘状态，电子在转弯处外侧损失到阳极。

图12、13是输入端和通过输出端二极管负载的电流曲线，发现二极管负载电流很小，最大值小于5kA ，而从图12输入端
阳极电流图看出总输入电流最大值约82kA 。

说明这种参数的转弯结构传输效率很差。

这种结构相当于在传输线转弯后的右侧也形成一个二极管。

如图14所示为诊断点A 、B 、C 的电压曲线，可以看出虽然转弯后电子损失较严重，但是电压变化不大。

总的来说，脉冲功率的传输效率大为降低，这对于实际工程运行极为不利。

图11 转弯MITL 60ns 时刻电子实空间（x 方向视图）
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图12 二极管电流曲线
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图13 转弯MITL 输入端阳极电流曲线
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图14 转弯MITL 诊断点A 、B 、C 的电压曲线。