專利名稱：一種快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源，實現(xiàn)了高壓亞納秒脈沖源結(jié)構(gòu)的緊湊和輸出脈沖形狀的改變，在匹配負載上得到了近似矩形的高功率亞納秒脈沖輸出，屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀60年代，英國的J. C. Martin把A. D. Blumlein在雷達脈沖調(diào)制器上的雙傳輸線技術(shù)用在脈沖功率技術(shù)中，成功地研制出世界上第一臺高壓納秒脈沖源，開創(chuàng)了脈沖功率技術(shù)的新紀元。人們把這種雙傳輸線稱為Blumlein線，與單傳輸線相比其優(yōu)點是在阻抗完全匹配條件下，輸出電壓等于充電電壓，負載獲得的能量提高了一倍，故又稱倍壓傳輸線。同軸Blumlein線在高壓亞納秒脈沖源中應(yīng)用廣泛，主要用于脈沖的形成。參閱圖I，現(xiàn)有的Blumlein型高壓亞納秒脈沖源,包括主脈沖開關(guān)、Blumlein線、快開關(guān)、傳輸線及匹配負載。所述Blumlein線部分為雙筒線結(jié)構(gòu)；主脈沖開關(guān)I結(jié)構(gòu)為自擊穿式高壓氣體多通道火花隙開關(guān)，開關(guān)的導(dǎo)通時間在納秒量級，位于Blumlein線一端的外筒和中筒之間，可實現(xiàn)開關(guān)間隙的外部調(diào)節(jié)，從而控制主脈沖的幅度；Blumlein線的內(nèi)筒通過過渡結(jié)構(gòu)與傳輸線連接，在傳輸線一端的內(nèi)導(dǎo)體之間形成自擊穿式高壓氣體火花隙開關(guān)，即快開關(guān)5;傳輸線的另一端與匹配負載6連接；匹配負載6用于吸收脈沖源產(chǎn)生的高功率亞納秒脈沖?？扉_關(guān)5是亞納秒氣體開關(guān)，其特點是短間隙、高氣壓、快速脈沖輸入，實現(xiàn)在200% 300%過電壓下自擊穿，擊穿時氣體間隙電場可高達幾MV/cm，因此開關(guān)閉合非?？?，輸出脈沖的上升時間達到幾百ps甚至幾十ps，可實現(xiàn)對納秒脈沖的整形前沿抖化或后沿截斷，形成高壓亞納秒脈沖。主脈沖絕緣隔板2用于Blumlein線部分中筒的支撐和絕緣；絕緣隔板4用于Blumlein線部分內(nèi)、外筒支撐和絕緣；快開關(guān)5的兩端均有快開關(guān)隔板；所述兩快開·關(guān)隔板與主脈沖絕緣隔板2，將高壓亞納秒脈沖源內(nèi)腔依次分隔為氣腔、液腔、氣腔三部分。因此，所述兩快開關(guān)隔板與主脈沖絕緣隔板2的內(nèi)、外徑方向均采用徑向密封結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生氣、液隔離。如上所述，對于現(xiàn)有的Blumlein型高壓亞納秒脈沖源來說，其存在的缺點是(I)Blumlein線和快開關(guān)5兩者之間需要通過一段過渡結(jié)構(gòu)進行連接，使得脈沖源的體積增大；(2)主脈沖開關(guān)絕緣隔板2需要承受幾Mpa氣體壓力，要求主脈沖開關(guān)絕緣隔板2具有良好的絕緣性能和機械性能；(3)Blumlein線輸出脈沖的形狀與主脈沖開關(guān)I有很大關(guān)系，為了得到接近理想的矩形脈沖對主脈沖開關(guān)I要求是開關(guān)上升時間短，電感小，但現(xiàn)有主脈沖開關(guān)I的結(jié)構(gòu)本身決定了脈沖源輸出波形的形狀為類高斯脈沖，其應(yīng)用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有Blumlein型高壓亞納秒脈沖源體積大、輸出脈沖的形狀為類高斯脈沖的問題，本發(fā)明提出了一種快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源，包括主脈沖開關(guān)、Blumlein線、快開關(guān)、傳輸線和匹配負載；所述Blumlein線部分為雙筒線結(jié)構(gòu)，主脈沖開關(guān)I結(jié)構(gòu)為自擊穿式高壓氣體多通道火花隙開關(guān)，位于Blumlein線一端的外筒和中筒之間；Blumlein線的內(nèi)筒輸出端與傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體一端形成自擊穿式高壓氣體火花隙開關(guān)，即快開關(guān)5 ;所述快開關(guān)5位于Blumlein線部分內(nèi)部；傳輸線的另一端與匹配負載6連接；主脈沖絕緣隔板2用于Blumlein線部分中筒的支撐和絕緣；Blumlein線內(nèi)筒的絕緣隔板4和傳輸線內(nèi)導(dǎo)體端部的支撐絕緣板作為快開關(guān)隔板；所述的支撐絕緣板與主脈沖絕緣隔板2、絕緣隔板4將高壓亞納秒脈沖源內(nèi)腔依次分隔為氣腔、液腔、氣腔三部分。因此，所述的支撐絕緣板與主脈沖絕緣隔板2、絕緣隔板4的內(nèi)、外徑方向均采用徑向密封結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生氣、液隔離。本發(fā)明的有益效果是在傳統(tǒng)Blumlein型高壓亞納秒脈沖源的基礎(chǔ)上，將快開關(guān)5由脈沖源傳輸線內(nèi)部移至Blumlein線部分的輸出端，減小了脈沖源的體積，結(jié)構(gòu)變得更加緊湊；同時快開關(guān)5內(nèi)部氣壓與主脈沖開關(guān)I內(nèi)部氣壓相當(dāng)，當(dāng)脈沖源內(nèi)部壓力平衡時可減小主脈沖開關(guān)絕緣隔板2、絕緣隔板4的壓力形變，提高了脈沖源的可靠性；最后脈沖源 輸出脈沖的形狀得到了改變，在匹配負載上得到了近似矩形的高功率亞納秒脈沖輸出。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)Blumlein型高壓亞納秒脈沖源結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明提出的快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源結(jié)構(gòu)示意3是傳統(tǒng)Blumlein型高壓亞納秒脈沖源主脈沖波形4是實施例中快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源主脈沖波形5是實施例中快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源輸出波形中1 一主脈沖開關(guān)、2 —主脈沖開關(guān)絕緣隔板、4 一絕緣隔板、5 —快開關(guān)、6 —
匹配負載。
具體實施例方式下面對本發(fā)明做進一步描述。參閱圖2，本實施例中的快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源，包括主脈沖開關(guān)、Blumlein線、快開關(guān)、傳輸線和匹配負載；所述Blumlein線部分為雙筒線結(jié)構(gòu)，主脈沖開關(guān)I結(jié)構(gòu)為自擊穿式高壓氣體多通道火花隙開關(guān)，位于Blumlein線一端的外筒和中筒之間；Blumlein線的內(nèi)筒輸出端與傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體一端形成自擊穿式高壓氣體火花隙開關(guān)，即快開關(guān)5 ;所述快開關(guān)5位于Blumlein線部分內(nèi)部；傳輸線另一端與匹配負載6連接；主脈沖絕緣隔板2用于Blumlein線部分中筒的支撐和絕緣；Blumlein線內(nèi)筒的絕緣隔板4和傳輸線內(nèi)導(dǎo)體端部的支撐絕緣板作為快開關(guān)隔板；所述的支撐絕緣板與主脈沖絕緣隔板2、絕緣隔板4將高壓亞納秒脈沖源內(nèi)腔依次分隔為氣腔、液腔、氣腔三部分。因此，所述的支撐絕緣板與主脈沖絕緣隔板2、絕緣隔板4的內(nèi)、外徑方向均采用徑向密封結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生氣、液隔離。本實施例中，主脈沖開關(guān)I為自擊穿式高壓氣體多通道火花隙開關(guān)，內(nèi)部充幾Mpa高純氮氣；快開關(guān)5為Peaking型亞納秒氣體開關(guān)，內(nèi)部亦充有Mpa量級高純氮氣。Blumlein線部分結(jié)構(gòu)尺寸為內(nèi)筒外半徑32. 5mm,中筒內(nèi)半徑62. 5mm,中筒外半徑75. Omm,外筒內(nèi)半徑125. Omm,長度440mm，內(nèi)部充有變壓器油絕緣。利用傳統(tǒng)Blumlein型高壓亞納秒脈沖源Blumlein線部分內(nèi)筒的絕緣隔板4作為快開關(guān)5 —端的絕緣隔板，在其內(nèi)、外徑方向上采用徑向密封的方式，實現(xiàn)了對快開關(guān)內(nèi)部高壓氣體的密封和脈沖源內(nèi)部油、氣的隔離，減少了脈沖源內(nèi)部絕緣部件的數(shù)量，脈沖源的體積減小，結(jié)構(gòu)更加緊湊。同時主脈沖開關(guān)I的內(nèi)部壓力與快開關(guān)5的內(nèi)部壓力相當(dāng)，當(dāng)脈沖源內(nèi)部壓力達到平衡時，主脈沖開關(guān)絕緣隔板2、絕緣隔板4上的應(yīng)力與原有結(jié)構(gòu)相比可有效減小，提高了脈沖源的可靠性。當(dāng)Blumlein線部分充電至主脈沖開關(guān)I的工作電壓300kV時,主脈沖開關(guān)I發(fā)生自擊穿，即Blumlein線部分的中、夕卜筒之間短路,在Blumlein線部分上產(chǎn)生波過程,形成一脈沖寬度為6ns的高壓納秒脈沖，經(jīng)過快開關(guān)5的抖化形成幅值約300kV、前沿亞納秒、脈寬約6ns近似矩形的脈沖輸出，習(xí)慣上稱其為高壓亞納秒脈沖或高功率亞納秒脈沖。相比現(xiàn)有的Blumlein型高壓亞納秒脈沖源,本發(fā)明提出的快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源的結(jié)構(gòu)更加緊湊，脈沖形成回路的等效電感減小，在匹配負載6上能得到近 似矩形脈沖輸出，可作為一種理想的脈沖驅(qū)動源。圖3給出了傳統(tǒng)Blumlein型高壓亞納秒脈沖源主脈沖波形，圖4給出了本實施例中快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源主脈沖波形，圖5給出了本實施例中對應(yīng)的近似矩形輸出的脈沖波形實例。從圖3、圖4、圖5可以看出，本發(fā)明提出的快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源，相比于傳統(tǒng)Blumlein型高壓亞納秒脈沖源，其輸出的脈沖形狀近似為矩形，而且前沿達到了亞ns量級。
權(quán)利要求
1.一種快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源,包括主脈沖開關(guān)、Blumlein線、快開關(guān)、傳輸線和匹配負載；所述Blumlein線部分為雙筒線結(jié)構(gòu)，主脈沖開關(guān)(I)結(jié)構(gòu)為自擊穿式高壓氣體多通道火花隙開關(guān)，位于Blumlein線部分一端的外筒和中筒之間；Blumlein線內(nèi)筒的輸出端與傳輸線部分內(nèi)導(dǎo)體的一端形成自擊穿式高壓氣體火花隙開關(guān)，即快開關(guān)(5);所述快開關(guān)(5)位于Blumlein線部分內(nèi)部；傳輸線另一端與匹配負載(6)連接；主脈沖絕緣隔板(2)用于Blumlein線部分中筒的支撐和絕緣；Blumlein線內(nèi)筒的絕緣隔板(4)和傳輸線內(nèi)導(dǎo)體端部的支撐絕緣板作為快開關(guān)隔板；所述的支撐絕緣板與主脈沖絕緣隔板(2)、絕緣隔板(4)的內(nèi)、外徑方向均采用徑向密封結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快開關(guān)與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源，屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域。該脈沖源包括主脈沖開關(guān)、Blumlein線、快開關(guān)、傳輸線和匹配負載；所述快開關(guān)5位于Blumlein線部分內(nèi)部；傳輸線另一端與匹配負載6連接；Blumlein線內(nèi)筒的絕緣隔板4，其內(nèi)、外徑方向均采用徑向密封結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生氣、液隔離。本發(fā)明將快開關(guān)5由脈沖源傳輸線內(nèi)部移至Blumlein線部分的輸出端，減少了脈沖源內(nèi)部絕緣部件的數(shù)量，結(jié)構(gòu)更加緊湊；同時快開關(guān)5內(nèi)部氣壓與主脈沖開關(guān)1內(nèi)部氣壓相當(dāng)，當(dāng)脈沖源內(nèi)部壓力平衡時可減小主脈沖開關(guān)絕緣隔板2、絕緣隔板4上的應(yīng)力，提高脈沖源的可靠性；最后脈沖源輸出脈沖的形狀得到了改變，在匹配負載上得到了近似矩形的高壓亞納秒脈沖輸出。
文檔編號H03K3/02GK102931948SQ20121028854
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者樊亞軍, 鄭磊, 關(guān)錦清, 朱四桃, 周金山, 劉鋒, 萬可友, 王俊杰 申請人:西北核技術(shù)研究所