CN108540007A - 一种极性可调的模块化高重频纳秒脉冲发生器 - Google Patents

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米彦
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万佳仑
李盼
苟家喜
徐进
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Abstract

本发明公开一种基于Blumlein脉冲形成线和传输线变压器的极性可调的高频纳秒脉冲发生器结构。发生器中有多个相同的单元模块，每个模块中包含有一个Blumlein脉冲形成线，一个二级的传输线变压器，一组充电开关和两组放电开关。多个单元模块中的传输线变压器的输出端可以相互级联，将每个单元模块输出的脉冲进行叠加然后输出至负载。使用固态开关对系统进行高频控制，控制Blumlein在TLT每个输入端口产生同步的输入脉冲，使系统能够输出高频纳秒脉冲。同时不需要改变发生器的连接状态，只需要更改开关的控制信号就可以输出正极性、负极性或双极性脉冲，同时可以更改重复频率、两次输出脉冲之间的时间间隔、输出脉冲个数。

Description

一种极性可调的模块化高重频纳秒脉冲发生器
技术领域
本发明涉及生物电磁技术领域,具体是一种固态纳秒脉冲发生器。
背景技术
在脉冲功率技术应用领域，脉冲电场治疗肿瘤技术获得了广泛的关注，成为了新的研究热点。高频纳秒脉冲串治疗肿瘤技术作为一种新的治疗方法，通过将一系列的高频纳秒脉冲靶向作用于目标区域，激发肿瘤细胞的凋亡和坏死，最终实现肿瘤组织的消融。高频纳秒脉冲串治疗肿瘤技术既可以发挥微秒脉冲直接杀伤肿瘤细胞和传统的纳秒脉冲诱导细胞凋亡的优势，又可以有效地抑制肌肉的收缩并增强治疗的电气安全性。为了进行纳秒脉冲治疗肿瘤技术的研究，研究在不同极性下纳秒脉冲对肿瘤细胞的杀伤效果和机理，需要一种能够产生极性可调脉冲的高频纳秒脉冲发生器。
在多种纳秒脉冲的产生方法中，Blumlein脉冲形成线和传输线变压器在高压纳秒脉冲的产生中获得了广泛的应用。其中Blumlein脉冲形成线输出脉冲的宽度与形成线的电长度有关，所以通过控制形成线的长度，可以方便的控制输出脉冲的脉宽，容易形成ns脉冲。同时相对于传统的变压器，传输线变压器具有频带宽的特点，可以对输入的纳秒脉冲进行不失真放大。
发明内容
本发明的目的是设计可以产生正极性、负极性或双极性等极性可调的高频纳秒脉冲发生器。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种极性可调的模块化高重频纳秒脉冲发生器，其特征在于：一个n级发生器包括：n个所述的Blumlein脉冲形成线和n个二级传输线变压器，以及MOS管开关电路S1i、MOS管开关电路S2i、MOS管开关电路S3i、高压直流电源、储能电容C和充电电阻R；n为大于或等于2的自然数；i＝1、2……n；
第i个Blumlein脉冲形成线由同轴传输线T1i和同轴传输线T2i组成；第i个二级传输线变压器由同轴传输线t1i和同轴传输线t2i组成；
所述同轴传输线T1i的两端分别记为Ai端和ai端，其金属线的两端分别记为AJi端和aji端；
所述同轴传输线T2i的两端分别记为Bi端和bi端，其金属线的两端分别记为BJi端和bji端；
所述同轴传输线t1i的输入端记为Ci端、输出端记为ci端，其金属线的两端分别记为CJi端和cji端；
所述同轴传输线t2i的输入端记为Di端、输出端记为di端，其金属线的两端分别记为DJi端和dji端；
Ci端和Di端为第i个二级传输线变压器的输入端。
所述高压直流电源包括电极I和电极II；
电极I串联充电电阻R后，形成接入MOS管开关电路S1i的漏极端子，MOS管开关电路S1i的源极连接AJi端，充电电阻R与AJi端的通断，是通过入MOS管开关电路S1i来控制的；
电极II连接同轴传输线T1i和同轴传输线T2i的接地板；
电极II连接MOS管开关电路S2i的源极，MOS管开关电路S2i的漏极连接AJi端，电极II与AJi端的通断，是通过MOS管开关电路S2i来控制的；
电极II连接MOS管开关电路S3i的源极，MOS管开关电路S3i的漏极连接bji端，电极II与bji端的通断，是通过MOS管开关电路S3i来控制的；
aji端连接同轴传输线t1i和同轴传输线t2i的接地板；
BJi端连接CJi端和DJi端；
ci端和dji端连接在一起；
当且仅当i＜n时，di端与cji+1端连接；
cj1端和dn端之间接入负载ZL。
Blumlein脉冲形成线中每条传输线特征阻抗为Z1，电长度为τ1，传输线变压器(TLT)中每条传输线特征阻抗为Z2，电长度为τ2，负载阻抗为ZL，当ZL＝2nZ2＝8nZ1时，系统阻抗匹配。
脉冲形成过程如下：
开关S1i闭合、S2i断开，高压直流电源DC与储能电容通过充电电阻R对Blumlein脉冲形成线充电至电源电压U0。充电过程结束后开关S1i断开，若开关S2i闭合，则产生一个幅值为-U0的电压波向负载传输，经过时间τ1后在负载上开始形成脉冲，经过几次折反射后在输出端形成一个幅值为2nU0、脉宽为2τ1的电脉冲。若开关S3i闭合，则输出端会形成一个负极性的脉冲。之后断开放电开关，闭合S1i重新对传输线进行充电，并进行下一次放电，每一次放电都可以选择由S2i或S3i进行放电，通过放电开关的选择，可以实现输出脉冲极性的选择。不改变电路的连接方式，只通过调节开关的时序可以控制系统输出不同极性的脉冲，包括连续的单极性、双极性或任意极性的脉冲；所述单极性包括正极性、负极性。
进一步，
在发生器的设计中使用了一种模块化的设计结构，每个单元模块中包含有一个Blumlein、一个二级传输线变压器、两组放电开关、一组充电开关。各单元模块中使用固态开关控制Blumlein在传输线变压器的输入端口形成极性可调的初始脉冲，各初始脉冲经过传输线变压器叠加放大后输出至负载。模块化的设计结构有助于发生器级数的扩展和维护。
进一步，
制作的一台四级发生器在充电电压为1500V时可以输出幅值0-10kV可调、脉宽30ns、上升沿13ns、重复频率高达百kHz的极性可调的高频纳秒脉冲。
如图1所示，本发明公开的n级发生器包括：n个Blumlein脉冲形成线和n个二级传输线变压器，以及MOS管开关电路S1i、MOS管开关电路S2i、MOS管开关电路S3i、高压直流电源、储能电容C和充电电阻R；n为大于或等于2的自然数；i＝1、2……n；
第i个Blumlein脉冲形成线由同轴传输线T1i和同轴传输线T2i组成；第i个二级传输线变压器由同轴传输线t1i和同轴传输线t2i组成；
所述同轴传输线T1i的两端分别记为Ai端和ai端，其金属线的两端分别记为AJi端和aji端，其接地板的两端分别记为ABi端和abi端；
所述同轴传输线T2i的两端分别记为Bi端和bi端，其金属线的两端分别记为BJi端和bji端,其接地板的两端分别记为BBi端和bbi端；
所述同轴传输线t1i的输入端记为Ci端、输出端记为ci端，其金属线的两端分别记为CJi端和cji端，其接地板的两端分别记为CBi端和cbi端；
所述同轴传输线t2i的输入端记为Di端、输出端记为di端，其金属线的两端分别记为DJi端和dji端，其接地板的两端分别记为DBi端和dbi端；
Ci端和Di端为第i个二级传输线变压器的输入端。
所述高压直流电源包括电极I和电极II；
电极I串联充电电阻R后，形成接入MOS管开关电路S1i的端子，该端子与AJi端的通断，是通过入MOS管开关电路S1i来控制的；
电极II连接同轴传输线T1i和同轴传输线T2i的接地板；
电极II与AJi端的通断，是通过MOS管开关电路S2i来控制的；
aji端连接同轴传输线t1i和同轴传输线t2i的接地板；
BJi端连接CJi端和DJi端；
cbi端和dji端连接在一起；dbk端与cjk+1端连接，k＝1、2……n-1
cj1端和dbn端之间接入负载ZL。
Blumlein脉冲形成线中每条传输线特征阻抗为Z1，电长度为τ1，传输线变压器(TLT)中每条传输线特征阻抗为Z2，电长度为τ2，负载阻抗为ZL，当ZL＝2nZ2＝8nZ1时，系统阻抗匹配，脉冲形成过程如下：
开关S1i闭合、S2i断开，高压直流电源DC与储能电容通过充电电阻R对Blumlein脉冲形成线充电至电源电压U0。充电过程结束后开关S1i断开，若开关S2i闭合，则产生一个幅值为-U0的电压波向负载传输，经过时间τ1后在负载上开始形成脉冲，经过几次折反射后在输出端形成一个幅值为2nU0、脉宽为2τ1的电脉冲。若开关S3i闭合，则输出端会形成一个负极性的脉冲。之后断开放电开关，闭合S1i重新对传输线进行充电，并进行下一次放电，每一次放电都可以选择由S2i或S3i进行放电，通过放电开关的选择，可以实现输出脉冲极性的选择。
本发明中，所公开的拓扑结构使用Blumlein脉冲形成线结合传输线变压器进行模块化设计，在Blumlein中使用两组放电开关控制Blumlein的放电过程，使系统可以产生正极性、负极性或双极性等极性可调的纳秒脉冲。将TLT的输入端口拆分成多个输入端口，使得传输线变压器可以对多个输入脉冲进行叠加。使用固态开关对系统进行高频控制，并且控制Blumlein在TLT每个输入端口产生同步的输入脉冲，使系统能够输出高频纳秒脉冲。同时不需要改变发生器的连接状态，只需要更改开关的控制信号就可以实现不同极性脉冲的输出。此外发生器的设计使用了一种模块化的结构，有利于脉冲功率装置的扩展、运行和维护。本次设计中提出的拓扑结构产生的极性可调的高压、高频纳秒脉冲将有利于纳秒脉冲治疗肿瘤技术的研究。
附图说明
图1为n级发生器理原理图。
图2为单级发生器正极性理想输出波形。
图3为n级发生器正极性理想输出波形。
图4为固态开关控制信号流程图。
图5为开关控制时序图。
图6为发生器测试平台。
图7为不同充电电压下负载波形。
图8为不同级数下负载波形。
图9为高重复频率下负载波形。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种极性可调的模块化高重频纳秒脉冲发生器：
如图1虚线部分所示，本发明公开的单级发生器包括：一个Blumlein脉冲形成线和一个二级传输线变压器，以及MOS管开关电路S1、MOS管开关电路S2、MOS管开关电路S3、高压直流电源、储能电容C和充电电阻R。
所述Blumlein脉冲形成线由同轴传输线T1和同轴传输线T2组成；所述二级传输线变压器由同轴传输线t1和同轴传输线t2组成；
所述同轴传输线T1的两端分别记为A端和a端，其金属线的两端分别记为AJ端和aj端，其接地板的两端分别记为AB端和ab端；
所述同轴传输线T2的两端分别记为B端和b端，其金属线的两端分别记为BJ端和bj端，其接地板的两端分别记为BB端和bb端。
所述同轴传输线t1的输入端记为C端、输出端记为c端，其金属线的两端分别记为CJ端和cj端，其接地板的两端分别记为CB端和cb端。
所述同轴传输线t2的输入端记为D端、输出端记为d端，其金属线的两端分别记为DJ端和dj端，其接地板的两端分别记为DB端和db端。
C端和D端为二级传输线变压器的输入端。
所述高压直流电源包括电极I和电极II。
电极I串联充电电阻R后，形成接入MOS管开关电路S1的端子，这一个端子与AJ端的通断，是通过MOS管开关电路S1来控制的。
电极II连接微带传输线T1和微带传输线T2的接地板。
电极II与AJ端的通断，是通过MOS管开关电路S2来控制的。
aj端连接微带传输线t1和微带传输线t2的接地板。
bj端连接CJ端和DJ端。
cb端和dj端连接在一起。
cj端和db端之间接入负载ZL。
Blumlein脉冲形成线中每条传输线的特征阻抗为Z1，电长度为τ1，传输线变压器中每条传输线的阻抗为Z2，电长度为τ2，负载阻抗为ZL，当ZL＝2Z2＝8Z1时，整个系统阻抗匹配，脉冲形成过程如下：
当开关S1闭合时，高压直流电源DC与储能电容通过充电电阻R对Blumlein脉冲形成线充电至电源电压U0。充电过程结束后开关S1断开，若开关S2闭合，则产生一个幅值为-U0的电压波向负载传输，经过时间τ1后在负载上开始形成脉冲，经过几次折反射后在输出端形成一个幅值为U0、脉宽为2τ1的电脉冲。若开关S3闭合，则输出端会形成一个负极性的脉冲。之后断开放电开关，闭合S1重新对传输线进行充电，并进行下一次放电，每一次放电都可以选择由S2或S3进行放电，通过放电开关的选择，可以实现输出脉冲极性的选择。
当充电电压为U0时，每个Blumlein会输出幅值为U0，脉宽为2τ1的高压脉冲，利用MOS管对系统进行控制，各Blumlein同步产生高压纳秒脉冲，经过TLT叠加放大后输出至负载。每条传输线上的电压波到负载后会产生折反射，折反射系数分别为：
其中α为反射系数，β为折射系数。当系统输出正极性脉冲时，TLT各条传输线上存在一个幅值为U0、脉宽为2τ1的电压波同时传输到负载端时，负载上的电压幅值为4ZLU0/(2Z1+ZL)，因为阻抗匹配，所以负载上的电压为2U0。同时，当电压波到达负载端时，每条传输线中有一个幅值为(ZL-2Z1)U0/(2Z1+ZL)的电压波向着远离负载的方向传播。当阻抗匹配时，这个电压波幅值为0，即电路中不再有电压波的折反射。在阻抗匹配时，单级发生器输出的正极性的理想波形如图2所示。当发生器输出负极性脉冲时，其传输过程与正极性脉冲形成过程类似。
值得说明的是，本发明(包括实施例1和2)的传输线全部使用同轴电缆的形式实现。在本次设计中，选取RG-142型号的同轴电缆，特征阻抗为50Ω，直径4.95mm，直流耐压1.9kV。设计Blumlein中每条传输线的阻抗为12.5Ω，所以使用四根同轴电缆并联；设计输出脉宽为20ns，每条传输线长度为2.1m。发生器每一级模块中包含一个二级的TLT，设计TLT中每条传输线的阻抗为50Ω，传输线电长度为7.5ns，每条传输线长度为1.5m。传输线之间采用SMA接头进行连接。TLT使用镍锌铁氧体磁环，初始磁导率为850，外径5cm，内径2.5cm，高度2cm。将同轴电缆绕制在铁氧体磁环上面，两端各留8cm作连接用。
为了实现发生器高频纳秒脉冲的要求，需要一种能够工作在高频下的固态功率开关。本发明(包括实施例1和2)选用了IXYS公司的DE475开关，搭配能够提供大驱动电流的驱动芯片IXRFD630。因为需要每个单元模块中的开关同步导通，所以使用FPGA来产生多路同步的触发信号。整个控制回路如图4所示，用FPGA产生并行同步的控制信号，控制信号通过光纤传递至驱动芯片的输入端，进而驱动MOS管工作。控制信号使用光纤进行传递，可以隔离高压电路对低压控制电路的影响，使系统稳定工作。每个单元模块使用三组开关，一组充电开关S1和两组放电开关S2、S3，充电开关由两个MOS管串联而成，放电开关由4个MOS管2并2串而成。图5所示为系统产生双极性脉冲时开关控制信号波形，VS1为充电开关控制信号，VS2、VS3为放电开关控制信号，各控制信号之间留有死区，避免同时导通。
实施例2：
如图1所示，本发明公开的n级发生器包括：n个Blumlein脉冲形成线和n个二级传输线变压器，以及MOS管开关电路S1i、MOS管开关电路S2i、MOS管开关电路S3i、高压直流电源、储能电容C和充电电阻R；n为大于或等于2的自然数；i＝1、2……n；
第i个Blumlein脉冲形成线由同轴传输线T1i和同轴传输线T2i组成；第i个二级传输线变压器由同轴传输线t1i和同轴传输线t2i组成；
所述同轴传输线T1i的两端分别记为Ai端和ai端，其金属线的两端分别记为AJi端和aji端，其接地板的两端分别记为ABi端和abi端；
所述同轴传输线T2i的两端分别记为Bi端和bi端，其金属线的两端分别记为BJi端和bji端,其接地板的两端分别记为BBi端和bbi端；
所述同轴传输线t1i的输入端记为Ci端、输出端记为ci端，其金属线的两端分别记为CJi端和cji端，其接地板的两端分别记为CBi端和cbi端；
所述同轴传输线t2i的输入端记为Di端、输出端记为di端，其金属线的两端分别记为DJi端和dji端，其接地板的两端分别记为DBi端和dbi端；
Ci端和Di端为第i个二级传输线变压器的输入端。
所述高压直流电源包括电极I和电极II；
电极I串联充电电阻R后，形成接入MOS管开关电路S1i的端子，该端子与AJi端的通断，是通过入MOS管开关电路S1i来控制的；
电极II连接同轴传输线T1i和同轴传输线T2i的接地板；
电极II与AJi端的通断，是通过MOS管开关电路S2i来控制的；
aji端连接同轴传输线t1i和同轴传输线t2i的接地板；
BJi端连接CJi端和DJi端；
cbi端和dji端连接在一起；dbk端与cjk+1端连接，k＝1、2……n-1
cj1端和dbn端之间接入负载ZL。
Blumlein脉冲形成线中每条传输线特征阻抗为Z1，电长度为τ1，传输线变压器(TLT)中每条传输线特征阻抗为Z2，电长度为τ2，负载阻抗为ZL，当ZL＝2nZ2＝8nZ1时，系统阻抗匹配，脉冲形成过程如下：
开关S1i闭合、S2i断开，高压直流电源DC与储能电容通过充电电阻R对Blumlein脉冲形成线充电至电源电压U0。充电过程结束后开关S1i断开，若开关S2i闭合，则产生一个幅值为-U0的电压波向负载传输，经过时间τ1后在负载上开始形成脉冲，经过几次折反射后在输出端形成一个幅值为2nU0、脉宽为2τ1的电脉冲。若开关S3i闭合，则输出端会形成一个负极性的脉冲。之后断开放电开关，闭合S1i重新对传输线进行充电，并进行下一次放电，每一次放电都可以选择由S2i或S3i进行放电，通过放电开关的选择，可以实现输出脉冲极性的选择。
在整个系统中，各个模块使用同一个高压直流电源供电。在脉冲形成期间，每个单元模块中开关S1、S2、S3同步作用，各单元模块中的Blumlein同步产生初级脉冲。在每个单元模块中初级脉冲经过传输线变压器向负载端传输。当各条传输线的脉冲传输至负载端时，在负载端产生折反射，折反射系数分别为：
其中αn为反射系数，βn为折射系数。因此当各条传输线上一个幅值为U0的电压波同时传输到负载端时，负载上的电压幅值为4nZLU0/(2nZ1+ZL)，因为阻抗匹配，所以负载上的电压为2nU0。同时，当电压波到达负载端时，每条传输线中有一个幅值为(ZL-2nZ1)U0/(2nZ1+ZL)的电压波向着远离负载的方向传播，因为阻抗匹配所以这个电压波幅值为0，即电路中不再有电压波的折反射。最终在负载上形成一个幅值为2nU0、脉宽为2τ1的脉冲。n级发生器输出的正极性的理想波形如图3所示。当发生器输出负极性脉冲时，其传输过程与正极性脉冲形成过程类似。此发生器的设计使用了一种模块化的设计结构，这种结构方便发生器级数的扩展。同时模块化设计将多个模块的输出进行叠加，减小了每个模块初级脉冲时开关的压力，使其可以用固态开关来进行控制。此外当一级发生器出现问题，例如开关损坏时，不会影响其他级的安全运行，大大提高了系统运行的稳定性和安全性，也便于系统的维护。
关于技术效果的测试：
依照实施例2拓扑结构(图1)搭建了一个四级的脉冲发生器。依据测试要求搭建了测试平台，测试了阻抗匹配时的负载波形，并对负载波形进行了讨论分析。
(一)测试系统
搭建如图6所示的发生器测试平台。实验所用的电源为SPELLMAN高压直流电源SLM10*1200，可以输出10kV电压，120mA电流。高压电容器为100μF、5kV的高压无感电容器。示波器使用泰克DPO4054示波器，带宽500MHz；使用无感电阻作为负载进行测试。由于最后发生器的输出电压要高于10kV，且设计脉宽只有20ns，普通高压探头难以满足要求，所以使用pearson线圈测量无感电阻中的电流，然后折算负载上的电压。选用PearsonElectronics公司的2877pearson线圈，带宽200M，最大峰值电流100A。
(二)发生器性能测试
在阻抗匹配时，负载ZL阻抗为400欧姆，使用无感电阻作为负载进行测试。
(1)不同充电电压下的负载波形
不同电场强度下的生物作用效果，需要发生器具有不同电压等级的输出。本专利中测试了发生器在不同充电电压下的输出波形。当充电电压分别为500V、1000V、1500V时，负载波形如图7所示。在充电电压为在充电电压为1500V时，正、负极性电流波形峰值均达到25A，换算为电压则均达到10kV。正极性脉冲上升沿为13.7ns，负极性脉冲的下降沿为14.4ns，正负极性脉冲的半高宽均为30ns。由于正负极性脉冲的上升时间和下降时间较长，输出脉冲的脉宽大于所设计的输出脉冲的脉宽。
(2)高频下负载波形
高频纳秒脉冲作用下的生物学效应，需要发生器能够输出高频的纳秒脉冲。本专利测试了在充电电压1500V时系统在高频正极性、高频负极性和高频双极性下的输出波形，测试结果如下图8所示。单极性的输出波形频率可以达到200kHz，双极性的输出频率可以达到100kHz。在高频情况下，发生器能够稳定输出。
(3)不同级数下负载波形
为了测试发生器的在不同级数下的性能，验证发生器的拓扑结构，对发生器进行了一级、两级、三级、四级单元模块情况下的输出测试。在充电电压为1500V，并且阻抗匹配时，测试结果如图9所示。四个波形主脉冲除幅值外在波形上基本相同。随着级数的增加，系统输出电流波形幅值下降。随着发生器级数的增加，杂散参数对系统效率影响增大，系统效率下降，导致系统输出电流幅值降低。
综上所述，本专利提出了一种基于Blumlein脉冲形成线和传输线变压器的模块化设计的新型拓扑结构来产生极性可调的高频纳秒脉冲。Blumlein的使用使得系统可以产生的纳秒量级的窄脉冲，固态开关对的使用，提高了系统的输出频率。同时改进后的TLT可以对系统产生的多个初始脉冲进行叠加，提高了系统的输出能力，降低了每个单元模块的压力。系统的模块化设计便于系统的扩展和维护。通过调节各开关控制信号的导通时序，可以方便的控制输出脉冲的极性。验证过程中，搭建了四级模块发生器验证了所提出的设计方案，可以在匹配负载上输出幅值0-10kV，脉宽30ns，重复频率达到百kHz的极性可调的纳秒脉冲。搭建的发生器可以用来进行高频纳秒脉冲治疗肿瘤技术的微观机理研究。

Claims (4)

1.一种极性可调的模块化高重频纳秒脉冲发生器，其特征在于：一个所述n级发生器包括：n个所述的Blumlein脉冲形成线和n个二级传输线变压器，以及MOS管开关电路S1i、MOS管开关电路S2i、MOS管开关电路S3i、高压直流电源、储能电容C和充电电阻R；n为大于或等于2的自然数；i＝1、2……n。
第i个Blumlein脉冲形成线由同轴传输线T1i和同轴传输线T2i组成；第i个二级传输线变压器由同轴传输线t1i和同轴传输线t2i组成；
所述同轴传输线T1i的两端分别记为Ai端和ai端，其金属线的两端分别记为AJi端和aji端；
所述同轴传输线T2i的两端分别记为Bi端和bi端，其金属线的两端分别记为BJi端和bji端；
所述同轴传输线t1i的输入端记为Ci端、输出端记为ci端，其金属线的两端分别记为CJi端和cji端；
所述同轴传输线t2i的输入端记为Di端、输出端记为di端，其金属线的两端分别记为DJi端和dji端；
Ci端和Di端为第i个二级传输线变压器的输入端。
所述高压直流电源包括电极I和电极II；
电极I串联充电电阻R后，形成接入MOS管开关电路S1i的漏极端子，MOS管开关电路S1i的源极连接AJi端，充电电阻R与AJi端的通断，是通过入MOS管开关电路S1i来控制的；
电极II连接同轴传输线T1i和同轴传输线T2i的接地板；
电极II连接MOS管开关电路S2i的源极，MOS管开关电路S2i的漏极连接AJi端，电极II与AJi端的通断，是通过MOS管开关电路S2i来控制的；
电极II连接MOS管开关电路S3i的源极，MOS管开关电路S3i的漏极连接bji端，电极II与bji端的通断，是通过MOS管开关电路S3i来控制的；
aji端连接同轴传输线t1i和同轴传输线t2i的接地板；
BJi端连接CJi端和DJi端；
ci端和dji端连接在一起；
当且仅当i＜n时，di端与cji+1端连接；
cj1端和dn端之间接入负载ZL。
Blumlein脉冲形成线中每条传输线特征阻抗为Z1，电长度为τ1，传输线变压器(TLT)中每条传输线特征阻抗为Z2，电长度为τ2，负载阻抗为ZL，当ZL＝2nZ2＝8nZ1时，系统阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的一种极性可调的模块化高重频纳秒脉冲发生器，其特征在于，脉冲形成过程如下：
开关S1i闭合、S2i断开，高压直流电源DC与储能电容通过充电电阻R对Blumlein脉冲形成线充电至电源电压U0。充电过程结束后开关S1i断开，若开关S2i闭合，则产生一个幅值为-U0的电压波向负载传输，经过时间τ1后在负载上开始形成脉冲，经过几次折反射后在输出端形成一个幅值为2nU0、脉宽为2τ1的电脉冲。若开关S3i闭合，则输出端会形成一个负极性的脉冲。之后断开放电开关，闭合S1i重新对传输线进行充电，并进行下一次放电，每一次放电都可以选择由S2i或S3i进行放电。
3.根据权利要求1所述的一种极性可调的模块化高重频纳秒脉冲发生器，其特征在于：
在每次系统充满电之后，可以通过放电开关的选择，实现输出脉冲极性的选择。不改变电路的连接方式，只通过调节开关的时序可以控制系统输出不同极性的脉冲，包括连续的单极性、双极性或任意极性的脉冲；所述单极性包括正极性、负极性。
4.根据权利要求1所述的一种极性可调的模块化高重频纳秒脉冲发生器，其特征在于：
在发生器的设计中使用了一种模块化的设计结构，每个单元模块中包含有一个Blumlein、一个二级传输线变压器、两组放电开关、一组充电开关。各单元模块共用一个高压直流电源和一个高压储能电容经过一个充电电阻进行供电。将多个单元模块中TLT的输出端口进行串联即可实现多个单元模块的级联。各单元模块中使用固态开关控制Blumlein在传输线变压器的输入端口同时形成极性可调的初始脉冲，各初始脉冲经过各单元模块中的传输线变压器放大输出至负载端。由于在负载端各单元模块中的传输线变压器输出端串联，因此可以将各初级脉冲进行幅值叠加后输出至负载。
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