多路窄脉冲功率线路合成

介绍了传输线变压器的结构特点,对其进行了理论分析和实验研究。采用传输线变压器结构将每路幅度约为4.5 kV/50 Ω的4路脉冲合成了幅度约8.8 kV/50 Ω的脉冲,通过实验证实了采用多根传输线串并联方式构成的传输线变压器装置可以将多路窄脉冲进行线路功率合成。应用此类结构设计了一种紧凑的高压窄脉冲发生器,将36路8 kV/50 Ω的脉冲合成了约46 kV/50 Ω的脉冲。采用传输线变压器合成器,应确保各路输入脉冲的前沿抖动足够小和高精度同步。     

20 kV/20 kHz/100 A高压脉冲源设计

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为开关的高压脉冲电源。采用自匹配传输线结构线路形式,串联多个以光纤信号隔离触发的MOSFET作为高耐压开关,在传输线的外皮产生2个纳秒脉冲,再用传输线变压器对2个纳秒脉冲进行功率合成,在200 Ω负载上输出了幅度20 kV,重复频率20 kHz,脉冲宽度约40 ns的脉冲。分析脉冲源装置结构,对实验装置建立仿真模型,阐述了输出波形畸变的原因,给出了影响输出脉冲波形特性的因素,为下一步优化波形工作提供了理论参考。     

Ricker脉冲功率合成方法及辐射效率

针对时域天线辐射效率低的问题,对Ricker脉冲展开了研究。首先指出Ricker脉冲具有较高的中心频率,对提高天线的辐射效率大有裨益。然后从时延量精确控制出发,阐述了产生Ricker脉冲的功率合成方法,并推导出合成高阶高斯脉冲最优延时的理论公式。设计了一款单极脉冲源并采用锐化电容法优化了其下降沿,并以该单级脉冲源为基础,设计了一款峰峰值为5.1 kV,主峰半峰值脉宽为350 ps的Ricker脉冲源,其中心频率为0.5 GHz。为了验证以上分析的正确性,针对全金属的时域天线,提出了一种计算辐射效率的简便方法,并利用设计的Ricker脉冲和具有相同脉宽的单极脉冲来激励相同的天线。结果表明,单极脉冲的幅度辐射效率只有60%左右,而Ricker脉冲可以达到80%以上;单极脉冲的功率辐射效率不到40%,而Ricker脉冲则可以提高到60%以上。利用Ricker脉冲做为激励信号,大幅提升了天线的辐射效率,大大减小了发射系统被反射功率损坏的风险,同时对天线小型化有着重要意义,在诸如探地雷达、高功率微波源等时域应用中具有广泛的应用前景。     

脉冲功率传输线磁绝缘的建立与特性分析

 分析了脉冲功率传输线建立磁绝缘的暂态过程,对暂态过程中传输线的击穿与磁绝缘关系、电子的分布规律及其与建立磁绝缘的关系进行了阐述。分析了磁绝缘传输线电极间的电子分布改变传输线工作阻抗值的现象,给出了传输线稳态工作阻抗的求解方法和用稳态工作阻抗计算传输线暂态工作阻抗的方法。研究了截面尺寸变化时传输线中电子的分布和电磁波传播的折反射情况。结果表明:传输线在建立磁绝缘的过程中损失电子是必然的,损失电子是建立磁绝缘的必要条件。截面半径沿轴向变化时,其工作特性与极间距的变化有关。极间距增大时,后半段的电子电流增大,使其工作阻抗增大并与前半段相等,因而在尺寸变化处不产生反射波。极间距减小时,由于后半段提前产生损失电子,因而尺寸变化处产生反射波。     

Tesla-PFN型长脉冲功率源加载线的结构设计

为解决Tesla-PFN型长脉冲功率源在高电压下多个加载线串联时加载线之间出现的电磁干扰问题,对一种环形串联加载线的结构进行了优化设计,重点解决了加载线与形成线的阻抗匹配及加载线的高压绝缘问题。优化了过渡段结构,使形成线与加载线阻抗匹配较好,输出脉冲顶部平坦;利用静电场分析软件计算了加载线的电场分布,通过调整屏蔽环的形状和位置使电场分布更加均匀。     

指数传输线输出波形和传输效率的级数近似解

以传输线分布参数模型为基础,推导给出了Ｚ箍缩感兴趣条件下典型脉冲通过指数变阻抗传输线后脉冲波形和传输效率的级数近似解。分析了变阻抗传输线的阻抗变比、长度及脉冲形状和参数对传输效率的影响,以适合PW量级Z箍缩驱动源的水介质整体径向指数变阻抗传输线的参数组合为例计算给出了其传输效率。电压传输效率随传输线阻抗变比、长度增大而增加,随脉冲频谱向高频移动而增加;功率传输效率随传输线阻抗变化剧烈程度减小而增大,随脉冲频谱向高频移动而增大。给出了电压和功率传输效率的简化计算公式。     

脉冲功率传输线磁绝缘的建立与特性分析

分析了脉冲功率传输线建立磁绝缘的暂态过程,对暂态过程中传输线的击穿与磁绝缘关系、电子的分布规律及其与建立磁绝缘的关系进行了阐述。分析了磁绝缘传输线电极间的电子分布改变传输线工作阻抗值的现象,给出了传输线稳态工作阻抗的求解方法和用稳态工作阻抗计算传输线暂态工作阻抗的方法。研究了截面尺寸变化时传输线中电子的分布和电磁波传播的折反射情况。结果表明:传输线在建立磁绝缘的过程中损失电子是必然的,损失电子是建立磁绝缘的必要条件。截面半径沿轴向变化时,其工作特性与极间距的变化有关。极间距增大时,后半段的电子电流增大,使其工作阻抗增大并与前半段相等,因而在尺寸变化处不产生反射波。极间距减小时,由于后半段提前产生损失电子,因而尺寸变化处产生反射波。     

含变压器电感储能脉冲功率源的电路模拟和实验研究

 研究了电感储能功率调节装置中的电爆炸丝断路开关在强电流作用下发生电爆炸后,储能电感上感生的高压脉冲驱动脉冲变压器在低阻抗（19 Ω）负载上得到的电脉冲。利用Ansoft Simplorer 7仿真软件建立了相关模块化集中参数电路模型,首先估算选取典型电路参数进行了程序编制、调试和模拟计算,得到了正确收敛的数值结果。在此基础上进行了实验研究,并将实际电路参数代入电路模型计算,模拟程序得到了与实验吻合的计算结果。现有研究表明,电爆炸丝驱动脉冲变压器在低阻抗负载上不能产生超高压脉冲,但可显著展宽负载得到的电压脉宽,在需要长脉宽应用场合有潜在的应用前景。     

含变压器电感储能脉冲功率源的电路模拟和实验研究

研究了电感储能功率调节装置中的电爆炸丝断路开关在强电流作用下发生电爆炸后,储能电感上感生的高压脉冲驱动脉冲变压器在低阻抗（19 Ω）负载上得到的电脉冲。利用Ansoft Simplorer 7仿真软件建立了相关模块化集中参数电路模型,首先估算选取典型电路参数进行了程序编制、调试和模拟计算,得到了正确收敛的数值结果。在此基础上进行了实验研究,并将实际电路参数代入电路模型计算,模拟程序得到了与实验吻合的计算结果。现有研究表明,电爆炸丝驱动脉冲变压器在低阻抗负载上不能产生超高压脉冲,但可显著展宽负载得到的电压脉宽,在需要长脉宽应用场合有潜在的应用前景。     

利用脉冲循环产生高压多脉冲

依据电压脉冲在传输线中的传播特性,分析了将形成线和传输线构成封闭回路,使电脉冲在其中反复循环,从而在高阻负载上得到高压多脉冲输出的可能性,并进行了电路模拟研究。利用Blumlein脉冲形成线系统和400 kV高压电缆组成封闭回路,进行了高压实验研究,在高阻约1 kΩ负载上得到了大于200kV的多个脉冲输出,脉冲宽度120 ns、间隔不超过400 ns。研究表明,利用脉冲循环方法可以在较高阻抗的负载上产生MHz重复频率的高压多脉冲串,其脉冲质量与形成线开关状态密切相关。     

利用脉冲循环产生高压多脉冲

依据电压脉冲在传输线中的传播特性,分析了将形成线和传输线构成封闭回路,使电脉冲在其中反复循环,从而在高阻负载上得到高压多脉冲输出的可能性,并进行了电路模拟研究。利用Blumlein脉冲形成线系统和400 kV高压电缆组成封闭回路,进行了高压实验研究,在高阻约1 kΩ负载上得到了大于200 kV的多个脉冲输出,脉冲宽度120 ns、间隔不超过400 ns。研究表明,利用脉冲循环方法可以在较高阻抗的负载上产生MHz重复频率的高压多脉冲串,其脉冲质量与形成线开关状态密切相关。     

高功率窄脉宽半导体激光激励器设计

为了获得高功率窄脉宽半导体激光,设计了半导体激光器相应的激励单元,论述MOSFET作为高速开关的工作机理,分析基于MOSFET作为高速开关产生窄的大电流脉冲的电路模型.为了使MOSFET开关速度尽可能快,根据前述分析,提出推挽式MOSFET栅极驱动方式并设计了触发窄脉冲的发生电路.当激光二极管接入放电回路时,实验表明:激光二极管输出光的峰值功率可达67.5 W,脉宽约为20 ns.最后,简要分析了影响光脉冲宽度的因素.     

一种大功率窄脉冲半导体激光器测试台的研制

大功率窄脉冲半导体激光器主要光电性能参数为:输出峰值光功率、阈值电流、正向电压、上升时间、峰值波长、光谱半宽、半强度角.根据激光制导系统对大功率窄脉冲激光器参数的特殊测试要求,研制一种大功率窄脉冲激光器测试平台,将小型化大功率激励器功放模块、大范围可调DC-DC模块、信号源板、激光器座、光学准直镜集成在一个平台上,与峰值功率计、光谱仪、CCD摄像机等仪器配合,可测出大功率窄脉冲激光器的峰值功率、峰值波长及波长随温度变化的漂移特性、发光芯均匀性等参数.介绍了大功率窄脉冲激光器测试台的特点,并对测试结果作了论述.     

一体化D-dot探头在传输线电压测量中的设计和应用

设计一种一体化D-dot探头开展脉冲功率装置中传输线高电压测量工作。D-dot探头安装在传输线外筒上,主要由基座、密封电缆头、探头外壳、绝缘层、信号电极和连接杆构成。采用同轴螺纹连接及限位结构将探头各部件形成一个整体,实现结构的紧凑性和拆装过程的完整性。利用密封BNC探头和无氧铜密封圈实现良好的密封性能,同时减小探头的弹性余量保证测量的准确性。设计了较小的探头对地电容,从而获得良好的高频响应。采用OrCAD/Pspice开展电路模拟,结果显示设计的探头满足信噪比和前沿响应要求。采用CST开展静电场模拟,结果显示设计的D-dot探头可以满足1 MV传输线电压下的绝缘要求。标定和实验结果表明该探头可以响应前沿为几十ns的信号,能够满足测量需要。     

螺旋线型微秒级高压长脉冲发生器

为研究长脉冲强流电子束产生技术,设计了一台螺旋线型高压长脉冲发生器。该发生器主要由Marx发生器、充电电感、脉冲形成线、高压开关、脉冲传输线及平板二极管构成,形成线内导体为螺旋线,工作介质为去离子水,其指标为输出电压500 kV,电流40 kA,脉冲宽度1μs,单脉冲能量20 kJ。简要介绍了该长脉冲发生器的结构、给出了结构和电气参数,讨论了各部分设计应注意的问题。     

螺旋线型微秒级高压长脉冲发生器

为研究长脉冲强流电子束产生技术,设计了一台螺旋线型高压长脉冲发生器。该发生器主要由Marx发生器、充电电感、脉冲形成线、高压开关、脉冲传输线及平板二极管构成,形成线内导体为螺旋线,工作介质为去离子水,其指标为输出电压500 kV,电流40 kA,脉冲宽度1 μs,单脉冲能量20 kJ。简要介绍了该长脉冲发生器的结构、给出了结构和电气参数,讨论了各部分设计应注意的问题。     

螺旋线型μs量级高压长脉冲形成线设计

详细介绍了一种螺旋线型μs量级高压长脉冲形成线的设计方案,率先将螺旋线的结构形式应用于μs量级高压长脉冲发生器设计。形成线的内导体为螺旋线,工作介质为去离子水,形成线的等效电容为41.25 nF,等效电感为6.06 μH,特性阻抗为12.1 Ω,输出脉冲宽度1 μs,最高充电电压1 MV,最大储能20.6 kJ,匹配状态下输出电压约500 kV。设计结果表明:与采用传统的单筒直线结构相比,在获取同等脉冲宽度的条件下,采用螺旋线结构可使脉冲形成线的长度缩短75%左右。