细线径螺旋线长脉冲产生技术

 提出了双路输出的螺旋脉冲形成线(PFL)结构,该结构内置用于充电的高耦合变压器,在螺旋PFL的两端各自输出一个脉冲,副路匹配输出时主路输出脉冲波形具有良好的平顶品质,主路输出脉冲能量占储能的大部分,解决了Korovin提出的螺旋PFL充电问题。对比分析双路输出的螺旋 PFL与SINUS-700/130两种技术路线,结果发现双路输出的螺旋 PFL改善了输出脉冲的平顶质量,输出功率提高29%,但是副路输出占用11%的储能,不易充分利用。     

The effect of polymer type on electric breakdown strength on a nanosecond time scale

Based on the concepts of fast polarization, effective electric field and electron impact ionization criterion, the effect of polymer type on electric breakdown strength (E_BD) on a nanosecond time scale is investigated, and a formula that qualitatively characterizes the relation between the electric breakdown strength and the polymer type is derived. According to this formula, it is found that the electric breakdown strength decreases with an increase in the effective relative dielectric constants of the polymers. By calculating the effective relative dielectric constants for different types of polymers, the theoretical relation for the electric breakdown strengths of common polymers is predicted. To verify the prediction, the polymers of PE (polyethylene), PTFE (polytetrafluoroethelene), PMMA (organic glass) and Nylon are tested with a nanosecond-pulse generator. The experimental result shows E_BD (PTFE) > E_BD (PMMA) > E_BD (Nylon) > E_BD (PE). This result is consistent with the theoretical prediction.     

多倍脉宽输出的螺旋重入脉冲形成线

提出了一种螺旋线重入结构的脉冲形成线,可实现多倍脉宽输出。该结构由储能外线和重入内线组成;重入内线的外屏蔽圆筒内表面呈阶梯状,内筒为均匀螺旋线结构,实现简单;储能外线与Tesla变压器一体化。结合采用螺旋重入和二级重入结构,给出了一组10 GW功率、百ns脉宽的重入型脉冲形成线设计,形成线采用Midel 7131合成酯绝缘介质,外筒内径1 m,长度2 m。     

Tesla变压器次级线圈电位分布

 为研究Tesla变压器锥形次级线圈的电位和电场分布问题,建立了非均匀参数双传输线模型,采用差分方法获得波动方程的数值解。计算结果表明：脉冲形成线充电过程中,最高场强点从次级线圈小半径端逐渐向大半径端移动;脉冲形成线快速放电后,次级线圈场强最大点位于大半径端部;脉冲形成线不能正常放电时,次级线圈最大场强点也位于大半径端部,此时场强达到最大值,约为平均场强的1.5倍。     

电容加载平板传输线型PFN理论与实验研究

 介绍了一种电容加载双导体平板传输线型PFN,分析了PFN的波传播特性,提出通过减小加载电容间距提高PFN上限截止频率、减小阻抗色散的方法;采用损耗线模型分析了串联PFN的端部反射系数,研究了减小反射系数的方法;分析了串联PFN的磁耦合问题,从理论和实验两方面研究了PFN几何参数和排布方式对电流脉冲的影响。基于串联PFN和Tesla变压器技术,研制成功一台长脉冲功率源,输出电压脉冲幅度超过300 kV,脉冲宽度110 ns,前沿小于10 ns,功率超过2 GW。     

三导体螺旋脉冲形成线的输出特性

 采用横电磁波传输理论,分析了三导体螺旋脉冲形成线（PFL）（包含内筒、螺旋中筒和外筒）的脉冲形成过程,给出了螺旋PFL的波阻抗、慢波系数、输出脉冲的平顶波动幅度等特征参数的计算公式。研究表明:三导体螺旋PFL具有与螺旋传输线同样的波阻抗和慢波系数;螺旋PFL的输出脉冲平顶波动,随着慢波系数或负载阻抗的增大而减小。     

非线性铁氧体传输线的脉冲陡化作用

阐述了非线性铁氧体传输线的工作机理,并给出了等阻抗的设计方法。针对已有重复频率脉冲功率源输出脉冲特点,设计了工作重复频率可达10kHz的铁氧体传输线,并可实现将前沿ns级的高压脉冲陡化至几百ps。采用多种NiZn铁氧体磁芯开展陡化实验,研究了磁芯参数、铁氧体传输线长度及外加励磁场等因素对陡化效果的影响,得出采用高饱和磁化强度的磁芯可以获得更快的脉冲前沿;采用小磁芯可以加快输出脉冲前沿,但需要的铁氧体长度更长;外加轴向励磁对陡化前沿也具有促进作用,但励磁场并非越大越好,而是存在一个最佳范围。目前,根据实验结果优化后,经铁氧体传输线可将脉冲前沿从4ns陡化至450ps,且输出脉冲电压峰值39kV,基本实现了高重复频率、高功率及快脉冲输出。     

具有螺旋内筒和螺旋外筒的Blumlein线

提出了具有螺旋内筒和外筒的同轴Blumlein线的结构。采用横电磁波传输理论分析脉冲形成过程,该结构具有传统Blumlein线内外线独立传输的典型特征,给出了特征阻抗、慢波系数等参数的表达式;原理实验输出脉冲顶部平坦,顶宽占半宽的80%,输出辐值和半脉宽与理论计算基本一致,验证了该结构产生长脉冲的可行性;指出了该结构容易受周围环境导体的影响,外部环境导体距离越远对脉冲输出的影响越小,在螺旋外筒底部与接地导体平板之间填充铁氧体磁芯,可把两者距离从500mm缩减至100mm。     

基于Tesla变压器和螺旋线的长脉冲发生器

 提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器，该发生器的螺旋型形成线包含有磁性材料构成的内导体棒和外屏蔽。形成线通过内置的高耦合Tesla变压器充电，变压器的初级线圈紧靠外磁芯导体，次级线圈位于螺旋中筒和外筒之间。对这种结构的螺旋线进行了特征参数的理论计算和波传输数值模拟，并进行了简单的原理验证实验。实验结果表明：这种设计是合理的、可行的。     

金属基底对石墨烯薄膜阴极气体击穿稳定性影响

利用石墨烯二维材料极好的场发射能力和发射稳定性,提出了石墨烯阴极提高气体开关击穿稳定性的技术路线。采用化学气相沉积法和基底腐蚀转移法两种方法制备金属基底石墨烯薄膜阴极。利用扫描电子显微镜和拉曼光谱表征了石墨烯薄膜阴极质量,确认了石墨烯层数和均匀性。实验研究了两种石墨烯薄膜阴极气体开关,在微秒脉冲均匀电场作用下的击穿特性,获得了击穿电压幅值和分散性的变化规律。结果表明:当气体为0.6 MPa N2、电极间距为5 mm时,铜基底石墨烯薄膜阴极平均击穿电压为85.9 kV,相对标准差为3.2%;不锈钢基底石墨烯薄膜阴极平均击穿电压仅为59.8 kV,相对标准差为2.4%。当两种阴极击穿电压均为80 kV时,相对标准差比较,不锈钢基底仅为铜基底的44%。分析认为,不锈钢基底石墨烯薄膜质量优于铜基底,石墨烯薄膜导致阴极表面微观场增强因子更高,表面分布更均匀,在电场作用下场致发射产生均匀稳定的大量初始电子流,降低了气体开关击穿电压,有效提高了击穿稳定性。