[發(fā)明專利]一種布魯萊恩脈沖形成線倍壓器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310364559.8
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103414369A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 諶怡;夏連勝;王衛(wèi);劉毅;潘海峰;張?bào)?/a>;石金水;章林文;鄧建軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H02M9/00
• 分類號: H02M9/00
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種布魯萊恩脈沖形成線倍壓器，可用于產(chǎn)生脈寬為納秒量級的高壓脈沖。

背景技術(shù)

目前，絕大多數(shù)實(shí)用脈沖功率系統(tǒng)裝置都存在體積龐大、笨重的缺點(diǎn)，研制輕便、緊湊的脈沖功率裝置是該領(lǐng)域技術(shù)必然趨勢。脈沖功率技術(shù)不但在高功率微波、加速器、強(qiáng)激光以及材料改性等軍事領(lǐng)域具有重要作用，而且在生物醫(yī)療、食品滅菌、污水處理等民用技術(shù)領(lǐng)域具有優(yōu)勢作用。大量的研究報(bào)道中，脈沖功率系統(tǒng)輸出的高壓脈沖的半高寬較寬，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大而笨重，建造成本昂貴。基于固態(tài)平板傳輸線技術(shù)的緊湊型固態(tài)脈沖功率系統(tǒng)研制一直都是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，尤其以層疊式Blumlein脈沖形成線的脈沖功率技術(shù)的研究最為炙手可熱。因?yàn)檫@種技術(shù)將高儲能技術(shù)、傳輸線技術(shù)、開關(guān)技術(shù)融為一體，大大減少了脈沖功率裝置的體積和重量，極易實(shí)現(xiàn)脈沖功率系統(tǒng)的小型化和緊湊化。

發(fā)明內(nèi)容

了克服現(xiàn)有脈沖功率技術(shù)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大笨重、建造成本昂貴的不足，實(shí)現(xiàn)脈沖功率裝置的高電壓、高功率輸出的同時(shí)，確保脈沖功率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為輕便、緊湊，本發(fā)明提供一種多級層疊平板布魯萊恩脈沖形成線倍壓器。所述的倍壓器不但能夠產(chǎn)生脈沖半高寬為納秒量級的短脈沖高壓，達(dá)到高峰值功率輸出的目的，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，而且可以輕易實(shí)現(xiàn)裝置的緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到減少體積和重量的目的，同時(shí)可以解決各關(guān)鍵器件的連接與固定問題。另外，通過多組多級平板布魯萊恩脈沖形成線倍壓器層疊構(gòu)成多組多級平板布魯萊恩脈沖形成線倍壓器，或者設(shè)計(jì)級數(shù)更多的多級層疊平板布魯萊恩脈沖形成線可以獲得電壓幅值更大、峰值功率更高的短脈沖高壓。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的布魯萊恩脈沖形成線倍壓器，其特點(diǎn)是，所述的倍壓器包括數(shù)個(gè)單級平板布魯萊恩脈沖形成線，單級平板布魯萊恩脈沖形成線含有陶瓷固態(tài)平板傳輸線、GaAs光導(dǎo)開關(guān)、激光二極管觸發(fā)系統(tǒng)、無感電阻負(fù)載；其中，激光二極管觸發(fā)系統(tǒng)由激光二極管驅(qū)動(dòng)和高功率脈沖激光二極管組成；兩根陶瓷固態(tài)平板傳輸線上下重疊設(shè)置，GaAs光導(dǎo)開關(guān)電極兩端分別連接在其中一根陶瓷固態(tài)平板傳輸線輸入端的兩個(gè)電極上，陶瓷固態(tài)平板傳輸線輸入端的兩個(gè)電極分別與輸入高壓端、輸入接地端連接；上下重疊的兩根陶瓷固態(tài)平板傳輸線的輸出高壓端和輸出接地端連接有無感電阻負(fù)載；激光二極管觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置在GaAs光導(dǎo)開關(guān)正上方，使輸出的激光正對照射到GaAs光導(dǎo)開關(guān)表面；所述的多個(gè)單級平板布魯萊恩脈沖形成線固定在平臺上，各級平板布魯萊恩脈沖形成線在輸出端逐級層疊，相鄰的單級平板布魯萊恩脈沖形成線之間在輸出端層疊交叉有一角度。所述的相鄰的單級平板布魯萊恩脈沖形成線之間在輸出端層疊交叉的角度范圍為10°~50°，達(dá)到削弱各級平板布魯萊恩脈沖形成線之間的電磁耦合效應(yīng)的目的；相鄰的單級平板布魯萊恩脈沖形成線在輸出端逐級疊加，達(dá)到各級輸出脈沖電壓幅值疊加的目的。

所述的單級平板布魯萊恩脈沖形成線的數(shù)量根據(jù)輸出電壓幅值的大小設(shè)置為2~15級；?所述的多級層疊平板布魯萊恩脈沖形成線的數(shù)量根據(jù)輸出電壓幅值的大小設(shè)置為2~5組，各組多級層疊布魯萊恩脈沖形成線結(jié)構(gòu)相同，每組多級層疊布魯萊恩脈沖形成線的級數(shù)相同，各組在輸出端逐級層疊。

本發(fā)明中，將陶瓷固態(tài)平板傳輸線、GaAs光導(dǎo)開關(guān)、激光二極管觸發(fā)系統(tǒng)以及無感電阻負(fù)載合理布局在平臺上，構(gòu)成單級平板布魯萊恩脈沖形成線：在輸入端，陶瓷固態(tài)平板傳輸線與GaAs光導(dǎo)開關(guān)通過夾具緊密連接，在輸出端，陶瓷固態(tài)平板傳輸線與無感電阻負(fù)載同樣通過夾具保持緊密連接，在確保各連接處連接良好的同時(shí)，還需保證各連線的最短化，從而減少連線電感對放電回路的影響。通過位置設(shè)計(jì)，使激光二極管的輸出激光能夠正對照射并激勵(lì)GaAs光導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通，從而構(gòu)成單級平板布魯萊恩脈沖形成線。利用GaAs光導(dǎo)開關(guān)的快速導(dǎo)通特性和陶瓷固態(tài)平板傳輸線納秒量級的電長度設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單級平板布魯萊恩脈沖形成線的高峰值功率和納秒脈寬脈沖高壓輸出。多個(gè)單級平板布魯萊恩脈沖形成線在輸出端交叉層疊，可減少相鄰的單級平板布魯萊恩脈沖形成線之間的電磁耦合問題，又可達(dá)到輸出電壓幅值疊加、峰值功率增大的目的。