射频爆磁压缩发生器辐射特性的研究

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射频爆磁压缩发生器(Radio Frequencies Explosive Magnetic FluxCompression Generator, RF MFCG)是一种小型化的电磁脉冲产生及辐射装置。它利用爆磁压缩发生器(MFCG)装置直接驱动电容负载,炸药起爆使套筒膨胀运动,压缩螺线圈和套筒之间的环形区域中的磁场,使炸药化学能转变为电磁能,形成振荡电流并从天线辐射出去。产生的电磁脉冲可覆盖较宽的频率范围(MHz-GHz),并具有较高的辐射强度。由于RF MFCG具有体积小、重量轻、更易于辐射脉冲的特点而被广泛应用于军事与科研的各个领域当中。关于射频爆磁压缩发生器的运行特性、等效电路及其参数优化的研究,前人已经做了大量的工作并得出了许多重要的结论。本文研究的主要内容包括在进一步探究射频爆磁压缩发生器工作机理的基础上,对发生器的辐射特性进行分析,通过对多种超宽带天线的研究总结,提出了一种超宽带锥盘天线,解决了辐射效率的问题,节省了整个装置的结构尺寸,设计并优化了变压器耦合间接馈电电路。具体工作包括分析并讨论了射频爆磁压缩发生器的基本理论和运作机理,对发生器从脉冲产生到能量转化的原理进行了进一步的理论研究。用等效电路分析的方法讨论了射频爆磁压缩发生器的工作状态及参数的变化,对定子线圈的自感、互感在发生器运行过程中的变化也进行了讨论,这些都将为后面耦合馈电变压器的设计研究奠定了基础。介绍了天线的一些重要的性能指标,研究了多种超宽带天线,并依次分析了这些天线可作为高功率天线来使用的可能性。随后根据射频爆磁压缩发生器对天线的各方面性能指标及结构尺寸小型化的要求,确定盘锥天线为该装置最合适的辐射天线。根据装置的尺寸及天线的结构特点,设计、仿真并实测了盘锥天线的各性能指标,满足了射频爆磁压缩发生器的辐射要求。提出了关于爆磁压缩发生器馈电电路作用于装置运行两个阶段的问题,介绍了两种常见馈电方式。分析了为装置建立初始磁通时的两种馈电方式的优劣。用电路分析的方法从理论上分析的了发生器对负载馈电的两种方式,并假定发生器电参数,进行了简单的推导计算。最后用Pspice仿真变压器耦合馈电系统,分析了变压器间接馈电系统各回路参数、变压器参数对输出的影响;研究了变压器型脉冲调制系统设计的一般原则,根据设计要求,经过推导计算,可确定变压器物理尺寸和绕制方法。
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