[發(fā)明專利]一種方波觸發(fā)的薄膜電容Blumlein型脈沖形成系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310240444.8
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103269214A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 秦風;宋法倫;甘延青;龔海濤;金曉;李詳偉
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H03K3/013
• 分類號: H03K3/013
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本發(fā)明涉及脈沖形成領域，特別是涉及一種方波觸發(fā)的薄膜電容Blumlein型脈沖形成系統(tǒng)，采用改進設計的低容值薄膜電容代替陶瓷電容。

背景技術

隨著脈沖功率技術的不斷發(fā)展，小型化、長壽命和模塊化是高功率脈沖功率源發(fā)展的必然趨勢。然而，作為高功率微波源關鍵部件的高功率脈沖源，目前都存在體積較大的問題，其中脈沖形成系統(tǒng)體積過大是其中亟待解決的問題；只有實現(xiàn)了脈沖形成系統(tǒng)的小型化，才能真正意義上實現(xiàn)高功率脈沖源的小型化。通常，脈沖形成系統(tǒng)的小型化設計包括脈沖形成線和觸發(fā)系統(tǒng)的小型化。高功率脈沖功率源中所用的脈沖形成線多為金屬結構，尺寸較大，由此產(chǎn)生了許多將脈沖形成線小型化的思想；如：選用高介電常數(shù)的介質陶瓷作為儲能材料，可大大縮小脈沖成形裝置的體積；但大塊陶瓷的燒結、制備難度大，工藝不成熟，壽命短，進而嚴重制約了其在小型化脈沖功率源中的應用。激光觸發(fā)具有低抖動、穩(wěn)定工作的優(yōu)點，但系統(tǒng)體積龐大，對工作環(huán)境有嚴格要求，難以達到小型化、實用化設計目標。因此，尋求一種抖動低、體積小、壽命長的脈沖形成系統(tǒng)對脈沖功率技術的緊湊型、模塊化發(fā)展具有重要意義。

薄膜電容具有抗沖擊性好、電氣性能優(yōu)良、工作溫度范圍寬、本身性能受環(huán)境影響小、工作壽命長等優(yōu)點，其可滿足系統(tǒng)長期、可靠穩(wěn)定運行要求，但是現(xiàn)有薄膜電容的容值過大，要形成脈寬100-200ns的方波脈沖非常困難。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有Blumlein型脈沖形成系統(tǒng)中陶瓷電容的長時間、重頻工作條件下的壽命問題，同時因為現(xiàn)有薄膜電容的容值過大，要形成脈寬100-200ns的方波脈沖非常困難，現(xiàn)在提出一種改進的薄膜電容，容值為0.8-2nF，同時采用紫銅電極連接片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的螺旋形電感，來降低級電感，最后實現(xiàn)Blumlein型脈沖形成系統(tǒng)輸出脈沖寬度為100-200ns。

本發(fā)明采用如下技術方案：一種方波觸發(fā)的薄膜電容Blumlein型脈沖形成系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括Blumlein型脈沖形成網(wǎng)絡、方波觸發(fā)器、主開關和負載，通過主開關將Blumlein型脈沖形成網(wǎng)絡和方波觸發(fā)器連接在一起，負載連接在Blumlein型脈沖形成網(wǎng)絡的輸出端；所述Blumlein型脈沖形成網(wǎng)絡中各級采用的電容為薄膜電容，薄膜電容的容值為0.8-2nF，所述薄膜電容的輸出端采用寬電極連接三螺釘固定輸出；所述方波觸發(fā)器包括儲能脈沖形成線、均壓電路和低抖動開關，儲能脈沖形成線的一端與主開關觸發(fā)極相連接，另一端連接到低抖動開關的陽極；均壓電路的高壓端連接在主開關陽極，均壓端連接到主開關觸發(fā)極，低壓端與Blumlein型脈沖形成網(wǎng)絡的接地端相連接；低抖動開關的陽極與儲能脈沖形成線相連接，陰極接地。

在上述技術方案中，所述儲能脈沖形成線的電長度可調。

在上述技術方案中，所述均壓電路的電路參數(shù)可調。

在上述技術方案中，增加所述薄膜電容的內部子模塊的數(shù)量，降低電容的容值。

在上述技術方案中，增加所述子模塊兩個電極之間的距離，降低子模塊的容值。

脈沖形成網(wǎng)絡形成波形脈寬由級電容、級電感以及級數(shù)綜合確定；此處，以均勻型脈沖形成網(wǎng)絡加以說明。如：當采用n節(jié)均勻網(wǎng)絡時，每節(jié)級電感L₀（即紫銅電極連接片與電容內感之和）一般在幾十～百nH，電容內感在20nH左右，紫銅電極連接片電感由矩形截面導線電感計算公式確定，l為電極連接片長度，b、c分別為矩形電極連接片截面邊長。級電容為C₀，大小0.8～2nF。每級網(wǎng)絡對脈寬的貢獻約為10～30ns，具體數(shù)值由選擇的電容容值及設計的紫銅電極連接片電感確定；阻抗一般為幾歐～十幾歐。n節(jié)脈沖形成網(wǎng)絡的脈沖寬度τ與阻抗Z分別由公式確定。

方波觸發(fā)器基于脈沖形成線儲能與均壓技術，均壓電路選用對直流信號和脈沖信號都有較好響應的阻容均壓。當薄膜電容Blumlein型脈沖形成網(wǎng)絡充電至設定電壓V₀，方波觸發(fā)器儲能脈沖形成線充電電壓為V₀/2。此時，方波觸發(fā)器中低抖動開關對地導通，一個幅值為-V₀/2，脈寬為的2τ₀（τ₀為方波觸發(fā)器儲能脈沖形成線電長度）方波信號向主開關觸發(fā)極傳播。當觸發(fā)信號到達觸發(fā)極時，主開關電場強烈畸變，開關導通。