CN105337589B - 高功率微波脉冲功率源设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高功率微波脉冲功率源设备，涉及高功率微波技术领域，以解决现有技术中的高功率微波脉冲功率源设备，由于设备机柜的整体结构复杂、内部系统庞大，因此定型后功率提升困难且不便于运输和安装的问题。本发明所述的高功率微波脉冲功率源设备，包括：充磁机柜、充放电机柜和控制机柜；其中，充放电机柜可以与充磁机柜电连接，控制机柜可以分别与充磁机柜和充放电机柜电连接。本发明主要应用于高功率微波脉冲的应用中。

Description

高功率微波脉冲功率源设备

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域，尤其是涉及一种高功率微波脉冲功率源设备。

背景技术

高功率微波是强电磁脉冲的一种，其频率范围为300MHz～300GHz，峰值功率高于100MW；高功率微波具有高频率、短脉冲和高功率等特点，是强电磁脉冲的一种重要形式。

其中，基于高功率微波脉冲功率技术的高功率微波脉冲功率源设备是电子直线加速器及大功率雷达的重要组成部分，也是体现整套设备性能指标、可靠性、功能扩展等技术参数的重要部分。由于高功率微波脉冲功率源设备，通常是集高压、强电、电真空、微波、电磁兼容和电子信息等诸多学科技术为一体的设备，例如，工业辐照加速器用高功率微波脉冲功率源设备，需要产生12兆瓦的脉冲电源功率和100千瓦的平均功率，其内部的充电电源、储能器件和脉冲成型网络需占据较大空间，因此现有技术中的高功率微波脉冲功率源设备中，通常内部电路和结构较复杂，设备机柜的整体结构较庞大，且设备定型后功率提升困难、不便于运输和安装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率微波脉冲功率源设备，以解决现有技术中的高功率微波脉冲功率源设备，整体结构较庞大，定型后功率提升困难，且不便于运输和安装的问题。

本发明提供一种高功率微波脉冲功率源设备，包括：充磁机柜；充放电机柜，所述充放电机柜与所述充磁机柜电连接；控制机柜，所述控制机柜分别与所述充磁机柜和所述充放电机柜电连接。

实际应用时，所述充磁机柜包括有至少两个，所述充放电机柜包括有至少两个，且所述充磁机柜与所述充放电机柜一一对应。

其中，所述充磁机柜包括：电源供电装置；充磁控制装置，所述充磁控制装置与所述电源供电装置电连接；磁储能升压输出装置，所述磁储能升压输出装置分别与所述电源供电装置和所述充磁控制装置电连接；高压硅堆，所述高压硅堆与所述磁储能升压输出装置电连接。

具体地，所述充放电机柜包括：充放电装置和放电闸流管，所述充放电装置和所述放电闸流管分别与所述高压硅堆电连接。

进一步地，所述控制机柜内设有FPGA控制器；所述控制机柜集成有微波功放单元模块。

实际应用时，所述充磁控制装置包括:IGBT晶体管,所述IGBT晶体管安装有散热块，且所述散热块处穿设有第一水冷管路，所述IGBT晶体管与所述电源供电装置电连接；滤波电容，所述滤波电容与所述IGBT晶体管电连接。

其中，所述磁储能升压输出装置为磁储能升压变压器，所述磁储能升压变压器内穿设有第二水冷管路。

具体地，所述充放电装置包括多个串联的充放电单元模块；每个所述充放电单元模块包括电感及与所述电感并联的电容，所述电感与所述电容一一对应。

实际应用时，所述充磁机柜和所述充放电机柜上均分别设有指示仪表观察窗；所述控制机柜上设有可拆卸的有机玻璃面板。

其中，所述充放电机柜和所述控制机柜的顶部均分别设有排风散热装置；所述充放电机柜和所述控制机柜的底部均分别设有进风过滤装置。

相对于现有技术，本发明所述的高功率微波脉冲功率源设备具有以下优势：

本发明提供的高功率微波脉冲功率源设备中，包括：充磁机柜、充放电机柜和控制机柜；其中，充放电机柜可以与充磁机柜电连接，控制机柜可以分别与充磁机柜和充放电机柜电连接。由此分析可知，由于本发明提供的高功率微波脉冲功率源设备中，包括电连接的充磁机柜、充放电机柜和控制机柜，因此与现有技术相比，本发明将庞大的整机机柜按功能分为了多个可进行电连接的小机柜，从而有效解决了现有技术中设备机柜整体结构庞大的问题，进而能够便于高功率微波脉冲功率源设备运输和安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中充磁机柜的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中充放电机柜的结构示意图。

附图标记：

1-充磁机柜； 2-充放电机柜；

3-控制机柜； 11-电源供电装置；

12-充磁控制装置； 13-磁储能升压输出装置；

14-高压硅堆； 21-充放电装置；

22-放电闸流管； 121-IGBT晶体管；

122-滤波电容； 211-充放电单元模块；

2111-电感； 2112-电容；

4-指示仪表观察窗； 5-有机玻璃面板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的一种高功率微波脉冲功率源设备，包括：充磁机柜1；充放电机柜2，充放电机柜2与充磁机柜1电连接；控制机柜3，控制机柜3分别与充磁机柜1和充放电机柜2电连接。

相对于现有技术，本发明实施例所述的高功率微波脉冲功率源设备具有以下优势：

本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中，如图1所示，包括：充磁机柜1、充放电机柜2和控制机柜3；其中，充放电机柜2可以与充磁机柜1电连接，控制机柜3可以分别与充磁机柜1和充放电机柜2电连接。由此分析可知，由于本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中，包括电连接的充磁机柜1、充放电机柜2和控制机柜3，因此与现有技术相比，本发明将庞大的整机机柜按功能分为了多个可进行电连接的小机柜，从而有效解决了现有技术中设备机柜整体结构庞大的问题，进而能够便于高功率微波脉冲功率源设备运输和安装。

实际应用时，如图1所示，充磁机柜1可以包括有至少两个，充放电机柜2可以包括有至少两个，且充磁机柜1与充放电机柜2可以一一对应，从而实现对高功率微波脉冲功率源设备的功率进行扩展的作用。实际装配时，每个充磁机柜1的同一侧均可以布置有电源接线柱，且每个充磁机柜1之间均可以用铜排线连接；每个充磁机柜1均可以设置有控制线路接口，以用于连接数据总线和其它控制电路线；并且，每个充磁机柜1均可以设置有一根高压输出线和一根接地铜板；同时，每个充磁机柜1内还均可以设置有进水管和出水管，以起到冷却作用。

此处需要补充说明的是，本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中，当包括有至少两个充磁机柜1、至少两个充放电机柜2和一个控制机柜3，且充磁机柜1与充放电机柜2一一对应时，各机柜彼此间匹配对应电连接后，能够有效提升高功率微波脉冲功率源设备的输出功率，从而有效解决了现有技术中设备定型后功率提升困难的问题

图2为本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中充磁机柜的结构示意图。

其中，如图2所示，上述充磁机柜1可以包括：电源供电装置11、充磁控制装置12、磁储能升压输出装置13和高压硅堆14；具体地，该充磁控制装置12可以与电源供电装置11电连接，磁储能升压输出装置13可以分别与电源供电装置11和充磁控制装置12电连接，高压硅堆14可以与磁储能升压输出装置13电连接。实际装配时，充磁机柜1可以通过数据总线或导线与其它机柜(充放电机柜2、控制机柜3或充磁机柜1)电连接，从而可以将多个充磁机柜1并联组合，以便于对高功率微波脉冲功率源设备的功率进行扩展。

此处需要补充说明的是，本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中，由于磁储能升压输出装置13的高压输出有高压硅堆14的隔离，且高压硅推14能够起到单向导通的作用，因此通过直接将多个充磁机柜1并联组合的方式扩展功率容量，能够避免加大功率均流电阻，从而能够有效减少高功率微波脉冲功率源设备的损耗、提高其的可靠性。

图3为本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中充放电机柜的结构示意图。

具体地，如图3所示，上述充放电机柜2可以包括：充放电装置21和放电闸流管22；其中，该充放电装置21可以与高压硅堆14电连接，放电闸流管22可以与高压硅堆14电连接。该充放电机柜2的工作过程可以为，由一个或多个充磁机柜1流通来的高压对充放电装置21进行充电，再经控制信号触发放电闸流管22进行放电，以实现人工线对放电脉冲进行整形，从而形成符合要求的脉冲高压，最终通过充放电装置21输出给负载设备使用。

此处需要补充说明的是，除了通过人工线对放电脉冲进行整形，以使其达到需要的宽度和前后沿的要求外，还可以通过将多个充放电机柜2串联组合的方式，以根据需要调整输出脉冲高压的参数。

进一步地，上述控制机柜3内可以设有FPGA控制器，且该控制机柜3可以集成有微波功放单元模块，从而可以通过配连各种接口并经数据总线与充磁机柜1和充放电机柜2电连接。其中，控制机柜3还可以集成有调速管热丝电源、磁场电源、脉冲变压器偏磁电源和调速管离子泵电源等，并对外电连接有主控PC机、服务器和网络等。

此处需要补充说明的是，控制机柜3可以采取19英寸的标准机柜，FPGA控制器、微波功放单元模块、调速管热丝电源、磁场电源、脉冲变压器偏磁电源和调速管离子泵电源等均可以以标准机架插件的形式集成于该19英寸的标准机柜中。具体地，供电电源可以分别与FPGA控制器、微波功放单元模块、调速管热丝电源、磁场电源、脉冲变压器偏磁电源和调速管离子泵电源等电连接；同时，FPGA控制器可以分别通过接口转换器并以数据总线的方式与充磁机柜1和充放电机柜2电连接；其中，FPGA控制器可以设置有对外网络接口，并通过互联网络与主控PC机、服务器等实现远程控制。

此外，上述FPGA控制器中的FPGA是Field－Programmable GateArray的缩写，也即现场可编程门阵列，其是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

实际应用时，如图2所示，上述充磁控制装置12可以包括:IGBT晶体管121和滤波电容122；该IGBT晶体管121可以安装有散热块，且散热块处可以穿设有第一水冷管路，IGBT晶体管121可以与上述电源供电装置11电连接，滤波电容122可以与IGBT晶体管121电连接。实际生产制造时，充磁机柜1中的各部件可以组装于一个与标准机柜等高的矩形密闭钢柜中；其中，钢柜的柜底脚边沿可以大于柜身，柜身四角可以通过连接构件与外框机柜立柱连接；具体地，外框机柜立柱、顶框与门板、围板可以分别与组合钢柜架安装孔连接，从而能够现场安装，便于设备的运输和安装；进一步地，钢柜安装完成后，外部固定上去的机柜立柱、面板和围板仅起装饰维护作用，不用考虑机架受力情况。

其中，如图2所示，上述磁储能升压输出装置13具体可以为磁储能升压变压器，该磁储能升压变压器内可以穿设有第二水冷管路，从而通过第二水冷管路的设置，能够有效地对磁储能升压变压器进行散热降温。。

具体地，如图3所示，上述充放电装置21可以包括多个串联的充放电单元模块211，每个充放电单元模块211可以包括电感2111及与该电感2111并联的电容2112，且电感2111与电容2112一一对应；实际装配时，为了减少互感，电感2111可以错位布置，如图3所示。其中，由电感2111和电容2112构成的充放电单元模块211中，还可以包括脉冲触发控制电路和反峰脉冲吸收电路等。具体地，上述人工线结构即是(螺线管)电感21111和(高压充电)电容2112的组合结构；当对放电脉冲进行整形时，要求的脉冲宽度越宽，则充放电单元模块211并联的越多，也即电感2111和电容2112的节数也越多。此外，上述放电闸流管22可以理解为具有截流的作用，即将人工线结构中的电容2112上所充的电能快速释放，以形成放电脉冲，其放电电流可达到数千安培。

此处需要补充说明的是，上述充放电机柜2可以被划分为三层，并叠放固定于标准机柜中，且每层均可以有独立框架结构，并固定安装在层板上；其中，每层的层板上均可以设置有通孔，以便于充放电机柜2的电连接；具体地，以上所述三层之间均可以由接地铜线连接。

其中，如图1所示，上述充磁机柜1和充放电机柜2上均可以分别设有指示仪表观察窗4；具体地，充磁机柜1和充放电机柜2的前面板中上部均可以设置有凹槽，相关指示仪表可以安装于该凹槽中。此外，如图1所示，上述控制机柜3上可以设有可拆卸的有机玻璃面板5。

具体地，实际生产制造时，本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备中，上述充放电机柜2和控制机柜3的顶部均可以分别设有排风散热装置；同时，充放电机柜2和控制机柜3的底部均可以分别设有进风过滤装置。

本发明实施例提供的高功率微波脉冲功率源设备，具有以下优势：能够根据不同的功率等级方便组合，便于运输和安装维护；组合式人工线结构，便于灵活布局，脉宽参数调整便捷；各独立小机柜的设置，能够防尘，及减少电磁干扰；各小机柜内设有独立的控制系统，且各小机柜之间通过数据总线电连接，能够简化电路、灵活布局。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，包括：充磁机柜；充放电机柜，所述充放电机柜与所述充磁机柜电连接；控制机柜，所述控制机柜分别与所述充磁机柜和所述充放电机柜电连接；

所述充磁机柜包括：电源供电装置；充磁控制装置，所述充磁控制装置与所述电源供电装置电连接；磁储能升压输出装置，所述磁储能升压输出装置分别与所述电源供电装置和所述充磁控制装置电连接；高压硅堆，所述高压硅堆与所述磁储能升压输出装置电连接。

2.根据权利要求1所述的高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，所述充磁机柜包括有至少两个，所述充放电机柜包括有至少两个，且所述充磁机柜与所述充放电机柜一一对应。

3.根据权利要求1或2所述的高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，所述充放电机柜包括：

充放电装置和放电闸流管，所述充放电装置和所述放电闸流管分别与所述高压硅堆电连接。

4.根据权利要求3所述的高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，所述控制机柜内设有FPGA控制器；

所述控制机柜集成有微波功放单元模块。

5.根据权利要求4所述的高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，所述充磁控制装置包括：

IGBT晶体管，所述IGBT晶体管安装有散热块，且所述散热块处穿设有第一水冷管路，所述IGBT晶体管与所述电源供电装置电连接；

滤波电容，所述滤波电容与所述IGBT晶体管电连接。

6.根据权利要求5所述的高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，所述磁储能升压输出装置为磁储能升压变压器，所述磁储能升压变压器内穿设有第二水冷管路。

7.根据权利要求6所述的高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，所述充放电装置包括多个串联的充放电单元模块；

每个所述充放电单元模块包括电感及与所述电感并联的电容，所述电感与所述电容一一对应。

8.根据权利要求7所述的高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，所述充磁机柜和所述充放电机柜上均分别设有指示仪表观察窗；

所述控制机柜上设有可拆卸的有机玻璃面板。

9.根据权利要求7所述的高功率微波脉冲功率源设备，其特征在于，所述充放电机柜和所述控制机柜的顶部均分别设有排风散热装置；

所述充放电机柜和所述控制机柜的底部均分别设有进风过滤装置。