传输线开关振荡器测试
radio 2020-1-31原创 电磁脉冲EMP高电压技术
Abstract
Power of Dream ~ MasterSpark Ver1.0

6Y`K~C{TINFB45@I78K[))T.png

将传输线一端连接远高于传输线特征阻抗的负载/天线,另一端连接短路开关,并将其充电,充电后将开关闭合形成短路。传输线段上负载端可近似为开路,开关闭合后形成一个1/4波长谐振子,可输出一个含有若干奇次谐波成分的衰减包络正弦脉冲到负载上。

为了输出足够高的功率,需要传输线和开关具有较高的绝缘耐压。使用变压器油作为介质可以在一定程度上满足这个要求。同时希望开关闭合的速度足够快,即开关闭合时其电阻从高阻下降到远小于传输线特征阻抗的速度足够快,使得传输线可以较短的时间内满足振荡条件,减少在开关闭合过程中的能量损失,对于工作频率在百MHz级别的开关振荡器,通常希望开关的闭合时间在ns量级,油介质火花开关在一些条件下可以满足这项要求。

介质击穿开关的闭合速度与其上充电的最高电压有关,而开关所能承受的电压与其上电压的上升速率有关,因此使用Marx发生器之类的脉冲电源为传输线充电有助于提高传输线的储能和开关的性能。

KCNJKE35UTD3VY8C7NI]LOE.png

整体设计图

用线性渐变版本的Vivaldi天线作为负载和辐射器。

GAIN.png

S11.png

smith.png

天线部分的方向图和S11,高频段的阻抗在100Ω附近。



osc.png

image.png

谐振子部分的S11,可见主要模式的谐振频率在200MHz。


先来试验下油介质的绝缘和开关性能。。

image.png

油介质放电后产生肉眼可见的黑色碳“烟雾”,并且形成大量可以长时间存在的气泡,推测含有低沸点的碳氢化合物甚至氢气,严重降低介质绝缘性能,看起来要想个别的法子。。。

从静态充电的击穿电压来估计,实际上3mm间隙的开关只充电到100kV左右就击穿了,远低于文献记载的纯净变压器油耐压值。

其次的问题是尼龙螺柱在油中容易沿面放电,用螺丝上装上多个螺母做成绝缘子形状代替。



有关脉冲效应的一些实测:

1.山寨计算器,近距离受照射后只剩下一个数字残影,操作所有按键均无任何反应,电池重装现象不变,损坏。无视频,因为我的某米手机放在侧面近距离录像时也坏了。

image.png


2.测啥都短路的劣质万用表,使用相机拍摄,相机在较近距离上会死机,在较远距离上只是反光板误动作,可以录到放电后一两帧.

损坏

啊啊啊.gif


3.某为手机

损坏

啊啊啊1.gif

4.正对方向2m+处的洋垃圾笔记本电脑,花屏,风扇狂转,重启后正常。



在天线侧后方5m处用如图的线圈接收到的信号波形:

1580409359188.png

1580410934199.png

1580409402072.png

此示波器带宽只有200M,用另外一台带宽1G的示波器连接800M-6G的PCB Vivaldi天线在侧后方6m处观看:

1580409324786.png


[修改于 1 年前 - 2020-02-01 23:03:20]

+1  学术分    虎哥   2020-02-14   这个应该是首个不民科的EMP方面的DIY,为广大爱好者指引了正确的方向。
虎哥
11个月22天前
1楼

如此牛逼的内容居然没人回帖😅

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yuhang
11个月22天前
2楼

原理有点接近EMP bomb 了

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大仙
11个月21天前
3楼

牛逼的都不知道说什么好了[旺柴]

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gjgh
11个月21天前
4楼

大概可以武器化了



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草虫
11个月9天前
5楼

安全第一

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量子隧道
11个月9天前
6楼

这玩意储能比高压电容低多了,缘何效果如此非凡?

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三水合番
11个月9天前
7楼

能不能整个时域仿真,看看和示波器的结果对的上不?

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radio作者
11个月9天前
8楼
引用量子隧道发表于6楼的内容
这玩意储能比高压电容低多了,缘何效果如此非凡?

储能只是其中的一方面,输出的功率也是很重要的,这个峰值功率并不低。

更重要的是要能产生频率足够高的成分才能高效地将能量辐射出去,这个是大储能的电容器不易做到的。

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radio作者
11个月9天前
9楼
引用三水合番发表于7楼的内容
能不能整个时域仿真,看看和示波器的结果对的上不?

示波器的波形是在半开放环境下测的,应该含有与周围墙壁来回反射的成分,仅供定性参考。定量测量可能要找个电磁暗室之类的地方用标定过的天线来测。

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三水合番
11个月9天前
10楼
引用radio发表于9楼的内容
示波器的波形是在半开放环境下测的,应该含有与周围墙壁来回反射的成分,仅供定性参考。定量测量可能要找个...

暗室的话,大概率不能让这东西进😂

也许可以找两栋挨得比较近的楼,在楼顶上测……

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特乌德劳斯基
11个月4天前
11楼

666666666

大佬啊!

电脑是Lenovo吗?

还有距离具体是多少啊









最后。。。那个计算器我看成了  精 子  品质 sticker

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beaglebone
10个月24天前
12楼

niubi            

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fleefly
10个月24天前
13楼

这个确实厉害了!能否发一下实物的全貌,还有marx发生器有几级用的什么规格的电容? 

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radio作者
10个月24天前
14楼

15级,每级30kV 3000pF薄膜电容两个并联。Marx的选择以总电容比传输线电容大3倍以上为宜。

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fleefly
10个月24天前
15楼
引用radio发表于14楼的内容
15级,每级30kV 3000pF薄膜电容两个并联。Marx的选择以总电容比传输线电容大3倍以上为宜...

估计每次放电能量10J左右,有效距离达到米级,效率可以说非常高了!这个量级可以考虑做成手持设备了。

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154454496
10个月23天前
16楼

这玩意能做高频的吗?比如说c频段甚至ku频段?

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3DA502
10个月23天前
17楼

c频段甚至ku频段应该去找磁控管

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虎哥
10个月23天前 修改于 10个月23天前
18楼
引用3DA502发表于17楼的内容
c频段甚至ku频段应该去找磁控管

除非特别设计(意思是成本感人),市面上能买到的最牛逼的磁控管,峰值功率距离实用也还差1个或更多数量级。

实用的EMP,峰值功率入门标准是10GW。

别看楼主这个就那么点电容,峰值功率随便有几十MW。

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RodTech
10个月23天前
19楼
引用3DA502发表于17楼的内容
c频段甚至ku频段应该去找磁控管

找也肯定不是找磁控管,而是找速调管之类的加速器原理的管子。

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RodTech
10个月23天前
20楼
引用虎哥发表于18楼的内容
除非特别设计(意思是成本感人),市面上能买到的最牛逼的磁控管,峰值功率距离实用也还差1个或更多数量级...

伺候这些管子,也是需要500KV,500-1000A峰值功率的脉冲电源,复杂度可能比整个正经传输线emp系统还要高

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3DA502
10个月23天前 修改于 10个月23天前
21楼

速调管工作原理一直不太明白

https://etd.canon/zh/product/category/microwave/gyrotron.html

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为了科学
10个月20天前
22楼

能把详细的电路图公布一下吗,一只纳闷的问题楼主解决了!

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虎哥
10个月19天前
23楼
引用为了科学发表于22楼的内容
能把详细的电路图公布一下吗,一只纳闷的问题楼主解决了!

第一张图就是电原理图,都是机械零件,哪有电路图 sticker

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三水合番
10个月19天前 修改于 10个月19天前
24楼

刚发现顶楼天线仿真的最大增益竟然才0.7,大概-1.5dBi。这天线的方向性看起来能有三五个db,也就是说效率可能才百分之二三十……楼主是加了啥特别高损耗的东西到仿真模型里了吗?

另外,谐振子仿真的时候S11不是0db,那谐振子的能量是在哪损耗的?是接了天线作为负载吗?

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radio作者
10个月19天前
25楼
引用三水合番发表于24楼的内容
刚发现顶楼天线仿真的最大增益竟然才0.7,大概-1.5dBi。这天线的方向性看起来能有三五个db,也...

这个天线直接用平衡线馈电的问题是竖边也会产生一个偶极子的辐射,所以增益是比单纯的vivaldi要低的。方向性图也是一样的,可以判断不是损耗。其实应该直接只保留两条斜边的,但是在容器里不太好固定。

image.png

同样的原因,谐振子的边缘也会产生辐射,所以S11并不会是0。


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三水合番
10个月19天前
26楼
引用radio发表于25楼的内容
这个天线直接用平衡线馈电的问题是竖边也会产生一个偶极子的辐射,所以增益是比单纯的vivaldi要低的...

无损天线的最大增益从定义上就不可能小于1的……顶楼的天线才0.7……最少也得有30%的能量损耗掉才可能这样。考虑到它不是理想全向天线,损耗还得更多

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1
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radio作者
10个月19天前
27楼
引用三水合番发表于26楼的内容
无损天线的最大增益从定义上就不可能小于1的……顶楼的天线才0.7……最少也得有30%的能量损耗掉才可...

是,但是方向性系数也是这样。。 sticker 可能是仿真的问题?

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三水合番
10个月19天前
28楼
引用radio发表于27楼的内容
是,但是方向性系数也是这样。。可能是仿真的问题?

额……方向性系数的最大值也小于1吗? sticker 那就只能是仿真出错了……

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Never
10个月1天前
29楼

请问一下您能不能把具体的材料和实物拍一下啊,实在是看不懂那个开关还有天线的结构。非常感谢

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布布卡
10个月1天前
30楼

用pcb加工一个怎么样,火花开关用个气体放电开关,如果能用pcb就比较容易制作了。

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radio作者
10个月1天前 修改于 10个月1天前
31楼
引用布布卡发表于30楼的内容
用pcb加工一个怎么样,火花开关用个气体放电开关,如果能用pcb就比较容易制作了。

耐压捉急

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kc-83491
9个月24天前
32楼
引用布布卡发表于30楼的内容
用pcb加工一个怎么样,火花开关用个气体放电开关,如果能用pcb就比较容易制作了。

fr4一般耐压30到40KV/mm,打两毫米的板子耐压也不过80KV,考虑虎哥提到峰值功率好几十MW,板子可能当场击穿了

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sndnvaps
9个月16天前
33楼

😀太牛逼了。给个好评。。。

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将军不下马
4个月13天前
34楼

这个厉害 sticker 可以投入实战了


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kc-89338
3个月27天前
35楼

您好,前几天拜读您的文章,有一些东西搞不懂,希望您抽空可以帮忙解答一下,关于图纸在开关右侧部分,马克思发生器有两根线输出,但是天线的接口只有一个,请问您是直接焊接上还是怎么做的?会不会短路?能不能给看一下实物图?我这个部分百思不得其解

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Repay1128
3个月27天前
36楼
引用kc-89338发表于35楼的内容
您好,前几天拜读您的文章,有一些东西搞不懂,希望您抽空可以帮忙解答一下,关于图纸在开关右侧部分,马克...

看作者意思应该这天线是前后对称彼此绝缘的两片,左边sw是火花隙开关

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kc-89338
3个月23天前
37楼
引用Repay1128发表于36楼的内容
看作者意思应该这天线是前后对称彼此绝缘的两片,左边sw是火花隙开关

谢谢!我在朋友帮助下看懂了,这个是两个天线,用绝缘子垫开的,也就是,这是两个天线

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