传输线开关振荡器测试
zx-165332020/01/31原创 EMP和强微波 IP:广东
Abstract
Power of Dream ~ MasterSpark Ver1.0

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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。

VID_20200120_213043(0).mp4 点击下载


VID_20200120_213103.mp4 点击下载


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 4年2个月前 - 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。
来自:物理高能技术 / EMP和强微波
44
 
14
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~~空空如也
zx-16533 作者
4年2个月前 IP:广东
871455
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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zx-16533作者
4年2个月前 IP:广东
871457
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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zx-16533作者
4年1个月前 IP:广东
873334

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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zx-16533作者
4年1个月前 IP:广东
873755
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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zx-16533作者
4年1个月前 IP:广东
873758
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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zx-16533作者
4年0个月前 修改于 4年0个月前 IP:广东
876128
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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zx-16533
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