CN115412060B - 一种脉冲功率放大方法及标准单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲功率放大方法及标准单元，其技术方案要点是：本发明采用了晶体介质的受激辐射光放大模式、半导体介质的载流子倍增放大模式以及气体介质的等离子体击穿放大模式共同作用，形成了一种脉冲功率放大方法。首先将电功率进行放大后转换为光功率，并将光功率进行再次放大，放大后的光功率通过光电转换与放大器件，再次转换为电功率。基于光导开关触发气体开关，产生时序同步的高功率电脉冲，高功率电脉冲可直接进行输出，也可进行多路分配，得到多路时序同步触发信号，结合电容器的脉冲充电，输出多路时序同步的高功率电脉冲。

Description

一种脉冲功率放大方法及标准单元

技术领域

本发明涉及加速器与脉冲功率技术领域，更具体地说，它涉及一种脉冲功率放大方法及标准单元。

背景技术

现有产生高功率脉冲的方法有多种，典型的有Marx发生器加油介质脉冲形成线、Marx发生器加水介质脉冲形成线、LTD技术等，其中LTD技术是采用多个开关与电容器形成标准单元，采用磁芯隔离技术，将多个标准单元的功率进行叠加，实现超高功率的输出。LTD标准单元一般采用气体开关与全膜油浸式脉冲电容器进行构建，气体开关的触发主要采用电脉冲触发，脉冲电容器主要采用直流进行充电。LTD标准单元的功率放大方法，现在主要采用气体开关，放大介质基于气体介质进行的；放大模式主要为等离子体击穿放电，将较低的功率放大至较高的功率。通过LTD标准单元的功率叠加，从而实现超高峰值功率。

目标现有的高功率脉冲产生装置中气体开关的电击穿与异常放电概率高、可靠度低。气体开关导通延迟时间抖动大、标准单元的体积较大、输出电流的快前沿也较慢，使得最终的脉冲输出的性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种脉冲功率放大方法及标准单元，本发明采用了晶体介质的受激辐射光放大模式、半导体介质的载流子倍增放大模式以及气体介质的等离子体击穿放大模式共同作用，形成了一种脉冲功率放大方法。采用半导体介质的载流子倍增放大模式与受激辐射光放大模式进行配合，将电功率进行放大后转换为光功率，并将光功率进行再次放大。放大后的光功率通过光电转换与放大器件，再次转换为电功率。基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感振荡电路与光电转换与放大器件的配合，对气体开关进行快速触发，产生时序精准同步的高功率电脉冲，高功率电脉冲可直接进行输出，也可进行多路分配，得到精准时序多路高功率气体开关触发信号，从而输出多路时序同步的高功率电脉冲。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种脉冲功率放大方法，按照时序控制信号的时序，通过载流子倍增放大模式、受激辐射光放大模式和等离子体击穿放大模式对输入的电功率信号进行放大，得到一路或多路时序同步的高功率电脉冲，具体如下：

获取至少两路电功率信号，分别作为第一路电功率信号和第二路电功率信号；获取至少三路时序控制信号，分别作为第一时序控制信号、第二时序控制信号和第三时序控制信号；

采用半导体介质的载流子倍增放大模式，基于第一时序控制信号将第一路电功率进行放大，放大后的电功率信号通过电光转换，得到泵浦光功率信号，采用晶体介质的受激辐射光放大模式，基于第二时序控制信号驱动电光调Q将得到的泵浦光功率信号进行放大，得到的激光信号，将激光信号进行分路、传输与整形处理后，采用光电转换与放大器件将激光信号转换为电信号；

采用半导体介质的载流子倍增放大模式，基于第三时序控制信号将第二路电功率进行放大，得到高压脉冲充电信号，利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感震荡电路与由激光信号转换的电信号进行配合，对气体开关进行触发，输出一路时序同步的高功率电脉冲或多路时序同步的高功率电脉冲。

在一种实施方案中，输出多路时序同步的高功率电脉冲，具体包括：

将一路时序同步的高功率电脉冲进行多路分配得到多路时序同步的触发信号；

采用半导体介质的载流子倍增放大模式，将电功率信号进行放大，得到高压脉冲充电信号；

利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用多路时序同步的触发信号对气体开关进行触发，输出多路时序同步的高功率电脉冲。

在一种实施方案中，多路时序同步的高功率电脉冲的触发信号由气体介质、半导体介质和晶体介质通过等离子体击穿放大模式、载流子倍增放大模式和受激辐射光放大模式叠加放大得到。

在一种实施方案中，输出一路时序同步的高功率电脉冲的气体开关导通的控制信号是将光放大后的激光信号通过光电转换器件转换为电功率信号，再与气体开关、结构电容与结构电感电路共同作用得到。

在一种实施方案中，对第二路电功率信号的放大处理采用载流子倍增放大模式对电功率信号进行功率放大处理，再利用功率放大后的电功率信号对脉冲电容器进行脉冲充电，再基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感荡电路与光电转换与放大器件生成的电信号进行配合，对气体开关进行触发，输出一路时序同步的高功率电脉冲。

在一种实施方案中，利用功率放大后的电功率信号对开关或电容器进行脉冲充电时，同时对气体开关加载电压，通过气体开关的结构电容对脉冲充电产生的电压进行分压存储能量，在结构电感震荡电路与光电转换与放大器件生成的电信号的共同作用下，产生多路时序同步的气体开关触发信号，对后级气体开关进行控制。

第二方面，本申请还提供了一种脉冲功率放大的标准单元，按照时序控制信号的时序，通过载流子倍增放大模式、受激辐射光放大模式和等离子体击穿放大模式对输入的电功率信号进行放大，得到一路或多路时序同步的高功率电脉冲；

标准单元包括输入模块、光放大模块、触发模块和高功率脉冲输出模块；

输入模块，用于获取至少两路电功率信号，分别作为第一路电功率信号和第二路电功率信号；获取至少三路时序控制信号，分别作为第一时序控制信号、第二时序控制信号和第三时序控制信号。

光放大模块，用于对第一路电功率信号进行电光电的转换处理，得到电信号；

触发模块，用于根据第二路电功率信号和电信号输出一路时序同步的高功率电脉冲；

高功率脉冲输出模块，用于根据一路时序同步的高功率电脉冲，分为多路时序同步的触发信号，然后输出多路时序同步的高功率电脉冲。

在一种实施方案中，光放大模块具体用于：

采用半导体开关，基于第一时序控制信号将第一路电功率进行放大，放大后的电功率信号通过加载至氙灯或激光二极管，得到泵浦光功率信号；

采用晶体介质的受激辐射光放大模式，基于第二时序控制信号驱动电光调Q将得到的泵浦光功率信号进行放大，得到的激光信号，将激光信号通过光纤分束进行分路、传输与整形处理后，耦合至光导开关，将激光信号转换为电信号。

在一种实施方案中，触发模块具体用于：

采用半导体开关，基于第三时序控制信号将第二路电功率进行放大，并采用高压变压器升压，得到高压脉冲充电信号；

利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感震荡电路与电信号的配合，对气体开关进行触发，输出一路时序同步的高功率电脉冲。

在一种实施方案中，高功率脉冲输出模块具体用于：

将一路时序同步的高功率电脉冲进行多路分配得到多路时序同步的触发信号；

采用半导体开关将一路或多路电功率信号进行放大，并采用高压变压器升压，得到高压脉冲充电信号，利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，并通过多路时序同步的触发信号，对气体开关进行触发，输出多路时序同步的高功率电脉冲。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明按照控制信号的时序，基于半导体介质的载流子倍增放大与晶体介质的受激辐射光放大模式，将输入电功率信号进行电功率放大与光功率放大，最后再转换为电功率信号，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感震荡电路与光电转换与放大器件的配合，对气体开关进行快速触发，产生时序同步的高功率电脉冲，高功率电脉冲可直接进行输出，也可进行多路分配，得到多路时序同步的触发信号。利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，并通过多路时序同步的触发信号，对气体开关进行触发，从而输出多路时序同步的高功率电脉冲。由于采用了光放大作为关键时序，输出的高功率电脉冲时序精准，导通延迟时间抖动小。

2、本发明对每一路电功率的放大，均采用了载流子倍增放大模式对电功率进行了放大处理，将加载到核心器件上的高电压变成脉冲（如开关），即进行脉冲充电，缩短了器件上承受高电压的时间，提高了器件的可靠度。

3、本发明对每一路电功率的放大，均采用了载流子倍增放大模式对电功率进行了放大处理，将加载到核心器件上的高电压变成脉冲（如脉冲电容器），即进行脉冲充电，缩短了器件及绝缘材料上承受高电压的时间，减小了器件的体积以及回路的电感与电阻，提升了功率密度，输出前沿快。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种脉冲功率放大方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的实现一种脉冲功率放大方法的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种脉冲功率放大标准单元的光放大模块输出的光功率波形图；

图4为本申请实施例提供的电容器脉冲充电波形图

图5为本申请实施例提供的高功率脉冲输出模块电流波形图；

图6为本申请实施例提供的产生高功率脉冲的功率放大倍数图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，本申请实施例提供了一种脉冲功率放大方法，如下：

按照时序控制信号的时序，通过载流子倍增放大模式、受激辐射光放大模式和等离子体击穿放大模式对输入的电功率信号进行放大，得到一路或多路时序同步的高功率电脉冲，具体如下：

步骤S111，获取至少两路电功率信号，分别作为第一路电功率信号和第二路电功率信号；获取至少三路时序控制信号，分别作为第一时序控制信号、第二时序控制信号和第三时序控制信号；

步骤S112，采用半导体介质的载流子倍增放大模式，基于第一时序控制信号将第一路电功率进行放大，放大后的电功率信号通过电光转换，得到泵浦光功率信号，采用晶体介质的受激辐射光放大模式，基于第二时序控制信号驱动电光调Q将得到的泵浦光功率信号进行放大，得到的激光信号，将激光信号进行分路、传输与整形处理后，采用光电转换与放大器件将激光信号转换为电信号；

步骤S113，采用半导体介质的载流子倍增放大模式，基于第三时序控制信号将第二路电功率进行放大，得到高压脉冲充电信号，利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感震荡电路与由激光信号转换的电信号进行配合，对气体开关进行触发，输出一路时序同步的高功率电脉冲或多路时序同步的高功率电脉冲。

具体的，在步骤S111中，所获取的两路电功率信号，可以由低功率供电电源输入，一般输入的功率是百瓦左右。需要理解的是，本实施例中所获取的两路电路率信号是一个最小基础单元，是产生用于触发气体开关导通的触发信号，故此，为了满足实际应用过程可能需要产生多路高功率的脉冲信号这一实际需求，可在两路电功率信号的基础上任意再获取多路电功率信号，将其分别输入一个触发脉冲放大电路中，再将触发信号作为触发脉冲放大电路中作为触发气体开关导通的触发信号，从而实现多路高功率脉冲信号的输出。

时序控制信号可由信号发生器或信号延迟线电路输出三种时序不同的控制信号，或通过FPGA编程来实现三个控制信号的时序，需要理解的是，这是已经非常成熟的技术，故此不做多余说明。需要说明的是时序控制信号的功率较低，因此在输入固体介质时，例如半导体开关、功率半导体开关等，为了满足对固定介质的导通条件，需要通过一些功率驱动放大电路或能够实现电功率放大的器件来将时序控制信号的功率放大。

在步骤S112中，如图2所示，每一路电功率信号都需要通过一个直流升压电源模块和直流及脉冲电容器来对第一路电功率信号的功率进行放大处理，而后连接至功率半导体开关中，由图2可知第一时序控制信号输入一个驱动电功率放大器件中，这在步骤S111中已详细叙述其原理，故此不做多余叙述。需要理解的是，本实施例中的第二时序控制信号其主要作用为实现电功率信号到光功率信号的转换，主要是为了光功率信号的产生提供驱动信号。同理，对第二时序控制信号通过驱动电功率放大器件进行处理也不做多余叙述。

在本实施例中，基于第二时序控制信号所驱动的介质为晶体，其模式为受激辐射光放大模式，其工作方式为利用粒子束反转原理对光功率信号的功率进行放大，这属于现有技术不做多余解释。这里需要理解的是，对光功率信号进行电光调Q处理的实质是放大光功率信号的功率，所得到的激光信号可等同于光功率信号，区别在于功率的不同。而对于将激光信号转换为电信号的光电转换处理方法是现有技术，例如可通过光电转换器来实现，因此不做多余叙述。最后，将转换的电信号用来作为高压脉冲触发开关的触发信号，即电信号。具体的，采用半导体开关，基于第一时序控制信号将第一路电功率进行放大，放大后的电功率信号通过氙灯或激光二极管，变为为泵浦光功率信号。基于第二时序控制信号，采用晶体介质对泵浦光功率进行精准时序调Q放大，获得更高功率的激光信号。将激光功率采用光纤分光，并基于光纤传输与光斑整形，产生多路的激光信号后馈入光导开关，将激光信号转换为电信号。

在步骤S113中，请继续参考图2所示，对于第二路电功率信号的前置处理部分与上述实施例步骤S112的第一路电功率信号相同，故不做多余叙述。第二路电功率通过半导体介质的载流子放大模式，将瓦至百瓦量级的功率放大至兆瓦至数十兆瓦；此时的电功率对触发主回路充电，当充满电后，由光电转换与放大器件得到电信号同时加载，通过气体开关中的气体介质的等离子放大模式，将兆瓦至数十兆瓦的功率放大至百兆瓦至吉瓦，此时可直接输出，也可同时输出较多路数的精确同步的下一级大规模触发电脉冲。示例性的，采用半导体开关，基于第三时序控制信号将第二路电功率进行放大，并基于脉冲变压器进行脉冲升压，形成高压脉冲充电功率，该功率对脉冲电容器进行充电。被充电的电容器与气体开关连接，而气体开关电极与触发极之间形成了结构电容，结构电容与接入的电感震荡电路及光导开关等形成回路，当光导开关接收到激光功率信号时，气体开关触发极上会产生高dv/dt的高压脉冲，以触发气体开关使之快速导通，直接输出一路高功率脉冲，也可以通过该种方式输出多路精准时序的触发信号。需要理解的是，本实施例中采用了半导体开关作为前级放大，产生了脉冲充电功率，在功率放大的同时，缩短了气体开关耐受电压的时间，从而降低了气体开关的自击穿概率、并获得了更低的延迟时间抖动，提高了脉冲功率放大的可靠度。

综上，本申请实施例提供的一种脉冲功率放大方法，本发明采用了晶体介质的受激辐射光放大模式、采用了半导体介质的载流子倍增放大模式、采用了气体介质的等离子体击穿放大模式共同作用，形成了一种脉冲功率放大方法。采用半导体开关与激光晶体等进行配合，将电功率进行放大后转换为光功率，并将光功率进行再次放大。放大后的光功率通过光电转换与放大器件，再次转换为电功率。基于光导开关触发气体开关，产生时序精准同步的高功率电脉冲，高功率电脉冲可直接进行输出，也可进行多路分配，得到精准时序多路高功率气体开关触发信号，结合电容器的脉冲充电，输出多路时序同步的高功率电脉冲。

在一种实施方案中，输出多路时序同步的高功率电脉冲，具体包括：

将一路时序同步的高功率电脉冲进行多路分配得到多路时序同步的触发信号；

采用半导体介质的载流子倍增放大模式，将电功率信号进行放大，得到高压脉冲充电信号；

利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用多路时序同步的触发信号对气体开关进行触发，输出多路时序同步的高功率电脉冲。

具体的，如图2所示，采用半导体介质的载流子倍增放大模式，将第三路电功率信号或更多路的电功率信号，可进行放大，得到第三路或更多路高压脉冲充电信号，高压脉冲充电信号对低ESR与低ESL脉冲电容器进行充电。采用气体介质的等离子体击穿放大模式，基于精准时序多路高功率气体开关触发信号，将低ESR与低ESL脉冲电容器上的充电功率进一步放大，从而输出一路或多路精准时序、高可靠的高功率电脉冲。需要理解的是，本实施例中采用半导体开关作为前级放大，产生了脉冲充电功率，在功率放大的同时，缩短了脉冲电容器耐受电压的时间，从而减小了脉冲电容器的体积，减小了脉冲电容器的ESR与ESL，并减小了放电回路的电感，输出功率开通时间更快、标准单元的峰值功率更高。

在一种实施方案中，多路时序同步的高功率电脉冲的触发信号由气体介质、半导体介质和晶体介质通过等离子体击穿放大模式、载流子倍增放大模式和受激辐射光放大模式叠加放大得到。

具体的，精准时序多路高功率气体开关触发信号（第二路电功率的输出），是由三类介质（气体介质、半导体介质和晶体介质）通过三种不同的放大模式（等离子体击穿放大模式、载流子倍增放大模式和受激辐射光放大模式），叠加放大而产生的，从而在功率放大介质上，有别于传统放大方法中主要采用气体介质放大的原理。

在一种实施方案中，输出一路时序同步的高功率电脉冲的气体开关导通的控制信号是将光放大后的激光信号通过光电转换器件转换为电功率信号，再与气体开关、结构电容与结构电感电路共同作用得到。

具体的，本实施例采用半导体开关进行功率放大、激光晶体进行功率放大以及光导开关进行光电转换，采用气体开关进行后级放大，该三类放大器件与一种光电转换，均为整个脉冲功率放大的必须环节。

在一种实施方案中，对第二路电功率信号的放大处理采用载流子倍增放大模式对电功率信号进行功率放大处理，再利用功率放大后的电功率信号对脉冲电容器进行脉冲充电，再基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感荡电路与光电转换与放大器件生成的电信号进行配合，对气体开关进行触发，输出一路时序同步的高功率电脉冲。

具体的，如图2所示，基于一个高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，从而使脉冲电容器产生一个控制信号，用以触发或导通气体开关，缩短了脉冲电容器承受高电压的时间，这也使得脉冲电容器与气体开关的介质材料之间的电击穿与异常放电概率得到了降低，从而获得了器件更高的可靠度。通过该种方式，气体开关直流欠压比可大幅度得到提升（超过100%直流欠压比，使其工作在脉冲欠压比状态），但自击穿概率却大幅度下降，延迟时间抖动也有效减小。

在一种实施方案中，利用功率放大后的电功率信号对开关或电容器进行脉冲充电时，同时对气体开关加载电压，通过气体开关的结构电容对脉冲充电产生的电压进行分压存储能量，在结构电感震荡电路与光电转换与放大器件生成的电信号的共同作用下，产生多路时序同步的气体开关触发信号，对后级气体开关进行控制。

如图2所示，在本实施例中，对每一路电功率信号的放大，均采用了载流子倍增放大模式对电功率进行了放大处理，将加载到核心器件上的高电压变成脉冲（如脉冲电容器），即进行脉冲充电，缩短了器件及绝缘材料上承受高电压的时间，减小了器件的体积以及回路的电感与电阻，提升了功率密度。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种脉冲功率放大方法的标准单元，由于这些装置解决问题的原理与图1所述的一种的脉冲放大方法相似，因此这些装置的实施可以参见图1或图2所示的方法的实施例，重复之处不再赘述，标准单元，用于按照时序控制信号的时序，通过载流子倍增放大模式、受激辐射光放大模式和等离子体击穿放大模式对输入的电功率信号进行放大，得到一路或多路时序同步的高功率电脉冲；

标准单元包括输入模块、光放大模块、触发模块和高功率脉冲输出模块；

输入模块，用于获取至少两路电功率信号，分别作为第一路电功率信号和第二路电功率信号；获取至少三路时序控制信号，分别作为第一时序控制信号、第二时序控制信号和第三时序控制信号。

光放大模块，用于对第一路电功率信号进行电光电的转换处理，得到电信号；

输出模块，用于根据第二路电功率信号和电信号输出一路时序同步的高功率电脉冲；

高功率脉冲输出模块，用于根据一路时序同步的高功率电脉冲，分为多路时序同步的触发信号，然后输出多路时序同步的高功率电脉冲。

在一种实施方案中，光放大模块具体用于：

采用半导体开关，基于第一时序控制信号将第一路电功率进行放大，放大后的电功率信号通过加载至氙灯或激光二极管，得到泵浦光功率信号；

采用晶体介质的受激辐射光放大模式，基于第二时序控制信号驱动电光调Q将得到的泵浦光功率信号进行放大，得到的激光信号，将激光信号通过光纤分束进行分路、传输与整形处理后，耦合至光导开关，将激光信号转换为电信号。

在一种实施方案中，触发模块具体用于：

采用半导体开关，基于第三时序控制信号将第二路电功率进行放大，并采用高压变压器升压，得到高压脉冲充电信号；

利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感震荡电路与电信号的配合，对气体开关进行触发，输出一路时序同步的高功率电脉冲。

在一种实施方案中，高功率脉冲输出模块具体用于：

将一路时序同步的高功率电脉冲进行多路分配得到多路时序同步的触发信号；

采用半导体开关将一路或多路电功率信号进行放大，并采用高压变压器升压，得到高压脉冲充电信号，利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，并通过多路时序同步的触发信号，对气体开关进行触发，输出多路时序同步的高功率电脉冲。

本实施例中的一种脉冲功率放大的标准单元的有益效果如下：本发明采用半导体开关与激光晶体等进行配合，将电功率进行放大后转换为光功率，并将光功率进行再次放大。放大后的光功率通过光电转换与放大器件，再次转换为电功率。基于光导开关触发气体开关，产生时序精准同步的高功率电脉冲，高功率电脉冲可直接进行输出，也可进行多路分配，得到精准时序多路高功率气体开关触发信号，结合电容器的脉冲充电，输出多路时序同步的高功率电脉冲。

本申请实施例还提供了在脉冲功率放大过程中光放大模块输出的光功率波形图、触发模块输出的电压波形图、电容器脉冲充电波形图、高功率脉冲输出模块电流波形图以及产生高功率脉冲的功率放大倍数图，分别如图3、图4、图5和图6所示，在图3中，采用晶体介质的受激辐射光放大模式，基于第二时序控制信号驱动电光调Q将得到的泵浦光功率信号进行放大，得到的激光信号，为25MW，将激光信号进行分路、传输与整形处理后，每一路为2MW光功率。即光功率输出模块功率为25MW，每一路光导开关触发光功率为2MW。

基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感震荡电路与由激光信号转换的电信号进行配合，对气体开关进行触发，输出6多路时序同步的触发信号，每一路的电功率为338MW。

在图4中，采用半导体介质的载流子倍增放大模式，将电功率信号进行放大，得到高压脉冲充电信号，充电功率为±40MW，充电电压±69kV，充电时间为13μs。

在图5中，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用多路时序同步的触发信号对气体开关进行触发，输出多路时序同步的高功率电脉冲，输出功率为2.6GW，即标准单元放电的一路输出功率为2.6GW，开通时间为62ns，与光功率信号之间的延迟时间抖动为1.98ns。

在图6中，第一路电功率信号，通过直流升压模块，对电容器进行直流充电，功率为数W；第一路时序控制信号，通过功率半导体开关，将功率放大至数kW，脉冲宽度为百μs，

该信号驱动电光转换器件，如氙灯或激光二极管，将电功率转换为光功率，从而使得泵浦光功率信号产生。第二时序控制信号，通过放大及升压后，驱动电光调Q，将得到的泵浦光的功率进行放大，得到时序同步的MW至数十MW的激光光功率，光功率通过作用到光导开关器件上，将光功率转化为电功率。

将激光信号通过光纤分束，形成多路，并进行整形，其激光信号的功率为10^-2MW~MW。

第二路电功率信号，通过直流升压模块，对电容器进行直流充电，功率为数W；

第三时序控制信号，通过功率半导体开关，将功率放大至数十MW，脉冲宽度为数十至数百μs，为电容器进行脉冲充电。

通过光导开关触发气体开关，将电容器上的功率进行放大，得到多路同步触发信号，每路功率为10²MW~GW。

第三路电功率信号，通过直流升压模块，对电容器进行直流充电，功率为数W；

通过功率半导体开关，将功率放大至数十MW，脉冲宽度为数十至数百μs。为脉冲电容器进行充电，基于气体开关，采用多路时序同步的触发信号对气体开关进行触发，输出多路时序同步的高功率电脉冲，输出功率为1~5GW。

基于上述图2-图6所示，本申请实施例提供的脉冲功率放大方法及标准单元，可用于实现精准时序、多路的高功率脉冲输出。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种脉冲功率放大方法，其特征在于，按照时序控制信号的时序，通过载流子倍增放大模式、受激辐射光放大模式和等离子体击穿放大模式对输入的电功率信号进行放大，得到一路或多路时序同步的高功率电脉冲，具体如下：

获取至少两路电功率信号，分别作为第一路电功率信号和第二路电功率信号；获取至少三路时序控制信号，分别作为第一时序控制信号、第二时序控制信号和第三时序控制信号；

采用半导体介质的载流子倍增放大模式，基于第一时序控制信号将第一路电功率进行放大，放大后的电功率信号通过电光转换，得到泵浦光功率信号，采用晶体介质的受激辐射光放大模式，基于第二时序控制信号驱动电光调Q将得到的泵浦光功率信号进行放大，得到激光信号，将激光信号进行分路、传输与整形处理后，采用光电转换与放大器件将激光信号转换为电信号；

采用半导体介质的载流子倍增放大模式，基于第三时序控制信号将第二路电功率进行放大，得到高压脉冲充电信号，利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感震荡电路与由激光信号转换的电信号进行配合，对气体开关进行触发，输出一路时序同步的高功率电脉冲或多路时序同步的高功率电脉冲。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，输出多路时序同步的高功率电脉冲，具体包括：

将一路时序同步的高功率电脉冲进行多路分配得到多路时序同步的触发信号；

采用半导体介质的载流子倍增放大模式，将电功率信号进行放大，得到高压脉冲充电信号；

利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用多路时序同步的触发信号对气体开关进行触发，输出多路时序同步的高功率电脉冲。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，多路时序同步的高功率电脉冲的触发信号由气体介质、半导体介质和晶体介质通过等离子体击穿放大模式、载流子倍增放大模式和受激辐射光放大模式叠加放大得到。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，输出一路时序同步的高功率电脉冲的气体开关导通的控制信号是将光放大后的激光信号通过光电转换器件转换为电功率信号，再与气体开关、结构电容与结构电感电路共同作用得到。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用功率放大后的电功率信号对开关或电容器进行脉冲充电时，同时对气体开关加载电压，通过气体开关的结构电容对脉冲充电产生的电压进行分压存储能量，在结构电感震荡电路与光电转换与放大器件生成的电信号的共同作用下，产生多路时序同步的气体开关触发信号，对后级气体开关进行控制。

6.一种脉冲功率放大的标准单元，其特征在于，按照时序控制信号的时序，通过载流子倍增放大模式、受激辐射光放大模式和等离子体击穿放大模式对输入的电功率信号进行放大，得到一路或多路时序同步的高功率电脉冲；

标准单元包括输入模块、光放大模块、触发模块和高功率脉冲输出模块；

输入模块，用于获取至少两路电功率信号，分别作为第一路电功率信号和第二路电功率信号；获取至少三路时序控制信号，分别作为第一时序控制信号、第二时序控制信号和第三时序控制信号。

光放大模块，用于对第一路电功率信号进行电光电的转换处理，得到时序同步的电信号，其中，采用半导体开关，基于第一时序控制信号将第一路电功率进行放大，放大后的电功率信号通过加载至氙灯或激光二极管，得到泵浦光功率信号；采用晶体介质的受激辐射光放大模式，基于第二时序控制信号驱动电光调Q将得到的泵浦光功率信号进行放大，得到的激光信号，将激光信号通过光纤分束进行分路、传输与整形处理后，耦合至光导开关，将激光信号转换为电信号；

触发模块，用于根据第二路电功率信号和时序同步的电信号输出一路时序同步的高功率电脉冲，其中，采用半导体开关，基于第三时序控制信号将第二路电功率进行放大，并采用高压变压器升压，得到高压脉冲充电信号；利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，基于气体介质的等离子体击穿放大模式，采用结构电容、结构电感震荡电路与电信号的配合，对气体开关进行触发，输出一路时序同步的高功率电脉冲；

高功率脉冲输出模块，用于根据一路时序同步的高功率电脉冲，分为多路时序同步的触发信号，然后输出多路时序同步的高功率电脉冲。

7.根据权利要求6所述的一种脉冲功率放大的标准单元，其特征在于，高功率脉冲输出模块具体用于：

将一路时序同步的高功率电脉冲进行多路分配得到多路时序同步的触发信号；

采用半导体开关将一路或多路电功率信号进行放大，并采用高压变压器升压，得到高压脉冲充电信号，利用高压脉冲充电信号对脉冲电容器进行充电，并通过多路时序同步的触发信号，对气体开关进行触发，输出多路时序同步的高功率电脉冲。