CN204697029U

CN204697029U - 一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置

Info

Publication number: CN204697029U
Application number: CN201520528102.0U
Authority: CN
Inventors: 陆巍; 丁恩燕; 杨周炳; 张晋琪; 吴朝阳; 刘天文
Original assignee: Institute of Applied Electronics of CAEP
Current assignee: Sino long ante Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2025-07-21

Abstract

本实用新型公开了一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于包括四段形成线，每段形成线之间通过环形开关串联在一起，每段形成线通过隔离电感串联充电，四段形成线串联为一个整体；形成线的输出端连接有匹配传输线，传输线与形成线之间通过环形开关连接在一起；此装置形成线的结构简单，可以任意组合成脉冲数小于等于4个脉冲的脉冲串装置；此装置产生的脉冲串的峰值功率高，可以达到GW级；产生的脉冲之间的间隔小于10ns，并且可以通过调节开关的间隙与气压控制开关的导通时间，可以实现在一定范围内调节产生脉冲的重复频率。

Description

一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置

技术领域

本实用新型属于高功率微波技术领域，具体涉及一种利用多段形成线串联产生超宽谱高功率四脉冲串装置。

背景技术

超宽谱微波是HPM（高功率微波）的一种，其辐射的超宽谱电磁脉冲体现出宽频带特性，较易覆盖目标的响应频率，普通的捷变频技术无法摆脱其控制；脉冲窄（瞬态），可以渡越目标系统的保护电路，破坏或麻痹保护电路后的电子系统、计算机敏感器件和接收机前端，扰乱敌方武器引信、制导及通讯。超宽谱源消除了关于敌人导弹特性认知的需要，难于防护，美国和俄罗斯等国家都高度重视高功率超宽谱脉冲技术的研究和开发。根据效应初步实验结果，提高脉冲的工作频率，可以降低效应物的作用阈值，据此提出产生瞬时多脉冲超宽谱技术概念，脉冲间的间隔为几ns。可以在不增加馈线、天线等功率容量的基础上，提高对效应目标的作用距离。

目前已知多脉冲功率系统的原理可分为两种：一是将储能器件与可高重复频率运行的功率开关相结合，通过开关的导通与关断来实现多个脉冲的输出；另一种方式则利用多套单脉冲功率系统在不同时刻依次产生多个单脉冲，再通过相应的汇流方法将其汇聚成多脉冲串，比如串联形成线方法、硅堆隔离网络方法、利用脉冲循环的方式等。文章“Solid-state modulator R &D at LLNL” （International Workshop on Recent Progress of Induction Ac-celerators. 2002.）提到，利用功率开关实现高重频，由于开关功率的限制，其脉冲幅度通常在数十kV 以下。利用脉冲形成线并联方式产生脉冲串，影响脉冲重复频率的决定性因素是高压硅堆的反向恢复时间，在前面的脉冲通过后，二极管即处于导通状态，不能阻断来自其他支路的后续脉冲，因此硅堆整体的反向恢复时间决定了系统能达到的最高重复频率。文章“三脉冲功率系统模块”（强激光与粒子束，2012年第２４卷第４期，P893-897）中的幅度可达300kV，但脉冲间隔不小于500ns。文章“利用脉冲循环产生高压多脉冲”（强激光与粒子束，2010年第22 卷第3 期，P474-478）在高阻约1 kΩ 负载上得到了大于200kV 的多个脉冲输出，脉冲宽度120 ns、间隔不超过400 ns。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了实现几十MHz的重复频率、几百kV的高压（在50Ω负载），提供一种利用串联形成线的方式产生脉冲串的装置，此装置可以产生四个脉冲串，脉冲串之间的间隔小于10ns，输出功率达到2.8GW

为实现上述目的本实用新型采用如下技术方案：一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于包括四段形成线，每段形成线之间通过环形开关串联在一起，每段形成线通过隔离电感串联充电，四段形成线串联为一个整体；形成线的输出端连接有匹配传输线，传输线与形成线之间通过环形开关连接在一起；

脉冲串产生装置的具体工作过程为：

高压脉冲电源对多段脉冲形成线同时充电，通过充电电感调节每个脉冲形成线的充电时间；

当与传输线相邻的第一段形成线充电时，传输线和形成线之间形成电压差，而第二段形成线与第一段形成线之间的电压差很小，此时第一段形成线与传输线之间的环形开关导通，第一段形成线进行放电，形成第一个脉冲；

当第一段形成线上的电压为零时，第二段形成线与第一段形成线之间形成电压差，此时第二段形成线与第一段形成线之间的环形开关导通，形成第二个脉冲；

依次类推，第三个环形开关导通形成第三个脉冲，第四个环形开关导通形成第四个脉冲；

从第一个脉冲产生到第四个脉冲产生形成脉冲串。

在上述技术方案中，形成线的外形为柱形结构、两端为锥形结构，包括内筒与外筒，内筒与外筒之间设置有机玻璃绝缘子，内筒的两个端面上设置密封圈，内筒与外筒形成的腔体内密封为高压气体。

在上述技术方案中，环形开关设置在相邻两段形成线的内筒之间，环形开关与相邻两端形成线的内筒连接为一个整体，且环形开关被形成线的外筒包覆在内。

在上述技术方案中，每段形成线串联为一体时，每段形成线的腔体内密封不同气压的高压气体。

在上述技术方案中，有机玻璃绝缘子的一个表面与内筒的外表面接触，一个表面与外筒的内表面接触，绝缘子其他的表面上设置有若干道环形槽。

在上述技术方案中，每个环形开关包括开关基座和开关，开关与基座之间没有间隙。

在上述技术方案中，所述开关为环形，通过调节形开关的尺寸实现环形开关的间隙调整。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：此装置形成线的结构简单，可以任意组合成脉冲数小于等于4个脉冲的脉冲串装置；此装置产生的脉冲串的峰值功率高，可以达到GW级；产生的脉冲之间的间隔小于10ns，并且可以通过调节开关的间隙与气压控制开关的导通时间，可以实现在一定范围内调节产生脉冲的重复频率。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的电路图；

图2是本实用新型形成线的结构图；

图3是环形开关的局部放大图；

图4是L形开关的局部放大图；

其中：T1、T2、T3、T4是形成线；T0为传输线，1是环形开关Ⅰ，2是锥形外筒，3是有机玻璃绝缘子，4是锥形内筒，5是环形开关Ⅱ，6是基座。

具体实施方式

如图1所示，是本实用新型的电路图，其中T1~T4为结构参数相同的同轴形成线；L1~L4为形成线串联充电的隔离电感； U10、U12、U11、U5为形成线与形成线之间的环形开关；C1~C4为开关电容；T0为阻抗为10Ω的传输线；R1为10Ω的匹配负载电阻。

如图2所示，是本实用新型形成线的结构图。本实用新型主要由四段结构完全相同的形成线组成，下面主要介绍形成线的结构。环形开关Ⅰ的中心直径为158，厚度为10，端面导R5的圆角；锥形外筒最大内经为314mm、最小内经为202mm，外筒的壁厚为13mm；有机玻璃绝缘子的外径为314mm、内经为288mm，绝缘子的端面设计有环形槽，目的是为了增加绝缘子的沿面长度。有机玻璃绝缘子的作用主要有两个，一是隔离开关腔，二是作为形成线的填充介质，缩短形成线的结构长度，使整个装置的尺寸更小；锥形内筒最大外经为252mm、最小外经为164mm，内筒的壁厚为4mm；环形开关Ⅱ的中心直径为158 mm，厚度为2 mm，端面导R1的圆角。两段形成线串联起来时，环形开关Ⅰ、环形开关Ⅱ作为一对开关密封在高压气体中，四段形成线的四个开关分别密封在不同的腔体中，这样可以分别调节开关的间隙与气压，从而可以控制每个开关的导通点。在此装置中，四段形成线后面是一段10Ω的传输线，传输线的外筒的内径为200mm、外径为220mm，传输线内筒的内径为164mm、外径为168mm。传输线后面的电阻负载是由5根50Ω的无感电阻并联组成，这样做是为了增加电阻负载的功率容量，避免电阻击穿。

本实用新型中，高压脉冲电源对多段脉冲形成线同时充电，通过充电电感调节每个脉冲形成线的充电时间。当形成线T1充电电压为U时，形成线T1和传输线T0之间的电压差为U，而形成线T1和T2之间的电压差很小，此时开关U1导通，形成第一个脉冲；此后传输线T1的电压降为0，传输线T2和T1之间的电压差为U，此时开关U2导通，形成第二个脉冲，依次类推可以获得多个脉冲。由于气体开关的恢复时间较长，且脉冲间隔时间在纳秒时间范围，可以近似的认为导通后的开关在整个脉冲串形成过程中一直保持导通状态。

本装置是通过更换不同尺寸的环形开关Ⅱ实现开关间隙的调节。图3为环形开关Ⅱ的连接方式放大图，图中6为环形开关Ⅱ的基座，位于锥形形成线的末端；5为环形开关Ⅱ，通过8颗沉头螺钉与基座连接。通过更换不同尺寸的开关（如图4），实现开关间隙的调节。

两段形成线串联起来时，环形开关Ⅰ、环形开关Ⅱ作为一对开关密封在一个腔体中，四段形成线的四个开关分别密封在不同的腔体中，这样可以分别调节每个开关的气压。由于可以单独调节每个开关的间隙与气压，可以轻松实现开关导通时间的控制，从而控制脉冲串之间的时间间隔，即脉冲串的频率。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于包括四段形成线，每段形成线之间通过环形开关串联在一起，每段形成线通过隔离电感串联充电，四段形成线串联为一个整体；形成线的输出端连接有匹配传输线，传输线与形成线之间通过环形开关连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于形成线的外形为柱形结构、两端为锥形结构，包括内筒与外筒，内筒与外筒之间设置有机玻璃绝缘子，内筒的两个端面上设置密封圈，内筒与外筒形成的腔体内密封为高压气体。

3.根据权利要求1或2所述的一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于环形开关设置在相邻两段形成线的内筒之间，环形开关与相邻两端形成线的内筒连接为一个整体，且环形开关被形成线的外筒包覆在内。

4.根据权利要求3所述的一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于每段形成线和形成线之间的环形开关串联为一体时，每段形成线的腔体内密封不同气压的高压气体。

5.根据权利要求2所述的一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于有机玻璃绝缘子的一个表面与内筒的外表面接触，一个表面与外筒的内表面接触，绝缘子其他的表面上设置有若干道环形槽。

6.根据权利要求4所述的一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于每个环形开关包括开关基座和开关，开关与基座之间没有间隙。

7.根据权利要求6所述的一种超宽谱高功率四脉冲串产生装置，其特征在于所述开关为环形，通过调节环形开关的尺寸实现环形开关的间隙调整。