整體徑向傳輸線諧振特性分析

周 全，鄒曉兵，王新新

(1. 清華大學 電機工程和應用電子技術系，北京 100084；2. 國防科技大學 前沿交叉學科學院，長沙 410005)

1997年，Z箍縮研究取得了突破性進展[1]。據估計，當Z箍縮裝置的驅動電流達到60 MA時可望實現聚變點火[2]。然而，現階段世界上最大的Z箍縮驅動源為美國的Z Refurbishment(ZR)裝置，電流峰值僅為26 MA。近些年，各國紛紛提出了一系列新型Z箍縮裝置的概念設計，如美國圣地亞國家實驗室提出的Z-800裝置[3]及我國提出的CZ-30裝置[4]等。在這些設計中，通常采用整體徑向傳輸線(monolithic radial transmission line, MRTL)將許多脈沖發生器產生的脈沖匯聚并傳輸至負載。為實現阻抗匹配，MRTL一般為非均勻傳輸線，波阻抗沿傳輸方向單調變化。

以往對于MRTL的研究大多采用電路仿真模型，將其等效為足夠多段的均勻傳輸線的級聯[5-9]。電路仿真結果顯示MRTL具有高通特性，這一特性有利于縮短主脈沖上升沿。然而，電路仿真的基本假設是電磁波以準TEM模式傳播。Z箍縮裝置中使用的MRTL尺寸巨大、結構復雜，準TEM假設需進行驗證。2008年，Welch等[10]對MRTL進行了2維電磁場模擬，發現2維電磁場仿真結果與電路仿真結果基本相同。2015年，毛重陽等[11]對MRTL進行了3維電磁場時域仿真，發現MRTL的最大功率傳輸效率比電路仿真結果低約15%，表明準TEM模假設對Z箍縮裝置中使用的MRTL并不成立。2019年，本文作者團隊[12]構建了完整Z箍縮裝置的仿真模型，仿真結果表明，與MRTL電路模型相比，采用3維電磁場模型時，負載電流幅值更低且上升時間更長，該研究進一步說明準TEM假設對Z箍縮中的MRTL并不成立，研究MRTL時應采用3維電磁場模型。……