鐵氧體填充非線性同軸傳輸線相關特性的研究.pdf

1、同軸線作為一種常見的信號傳輸線，普遍地應用于各種射頻系統中。通過在內外導體間的電介質層中填充鐵氧體材料，并利用其相對磁導率與磁場相關的特點，可以將鐵氧體同軸傳輸線作為一種脈沖銳化設備，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動效應，產生頻率為數吉赫茲、功率高達兆瓦級的微波。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，并設計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，通過對旋磁進動的仿真獲得了兆瓦級的高功率微波。在此基礎上對比了電壓幅值、外部偏置磁場、鐵氧體磁芯參數以及同軸線尺寸等參數對鐵氧體同軸線特性表現的影響，初步得到了其影響規(guī)律，這將為脈沖銳化設備和高功率微波發(fā)生器的發(fā)展奠定基礎。
　　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特性、應用領

3、域和國內外研究現狀，并對鐵氧體的元素組成、晶體結構、磁性質、生產過程以及同軸傳輸線的基本理論等相關方面做了研究。
　　2.以鐵氧體同軸傳輸線為研究對象，結合微觀磁學分析了其能銳化脈沖并產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。為不同參數影響脈沖銳化特性和產生高功率微波特性的討論提供理論基礎。
　　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、強度、鐵氧體材料參數等不同參數影響鐵氧體同軸線性能表現的仿真工作。
　　4.仿真結果表明：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一步銳化脈沖，并導致微波振蕩；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強度可以獲得更快的脈沖前沿，較低的初始相對磁導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；存在一個最優(yōu)化的