[實用新型]高重復頻率、高電壓、亞納秒前沿的脈沖產生裝置

有效

• 申請號: 201520953601.4
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN205304753U
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 胡龍;蘇建倉;丁臻捷;浩慶松;袁雪林;方旭;樊亞軍
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H03K4/02
• 分類號: H03K4/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊亞婷

技術領域

本實用新型屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種高重復頻率、高電壓、 亞納秒前沿(<1ns)的脈沖產生裝置。

背景技術

具有亞納秒前沿的高重復頻率、高電壓脈沖在民用和軍用領域具有廣泛的 應用，其產生高壓脈沖電場，可應用于生物醫學、污水廢氣處理、食品保鮮、 等離子體化學等；經天線輻射后產生超寬譜短電磁脈沖，可應用于目標探測、 三維成像、干擾或損傷軍用電子設備等。

參考圖1。文獻1“1995，Proc.SPIE,OpticallyActivatedSwitchingIV，Vol. 2343，pp.180-186”介紹了一種基于半絕緣砷化鎵光導開關的雙極脈沖產生裝置。 兩只光導開關5-6分別連接在平板傳輸線1的兩端。待平板傳輸線1充電完成后， 激光二極管陣列Ⅰ3和激光二極管陣列Ⅱ4同時觸發異面結構光導開關Ⅰ5和異 面結構光導開關Ⅱ6導通，負載2輸出雙極脈沖。裝置中的光導開關為異面結構， 工作于雪崩模式，開關時間小于1ns。該雙極脈沖產生電路簡單，但存在以下缺 點：

1、由于光導開關雪崩導通形成了數MA/cm2的電流密度，開關的重復頻率 和壽命有限，導致雙極脈沖產生裝置的重復頻率最高僅為1kHz。

2、輸出雙極脈沖的電壓峰峰值等于傳輸線的充電電壓，無法滿足更高電壓 水平應用領域的需求。

文獻2“U.S.PatentApplicationPublication0165839,Jul.19,2007”公開了一種 產生雙極脈沖、具有電壓倍增功能的階梯狀脈沖形成線。該電路產生雙極脈沖 的最快前沿取決于采用開關的導通時間，雙極脈沖的寬度取決于電路中傳輸線 的長度。

重復頻率、電壓水平及脈沖前沿是脈沖產生裝置的三個重要的指標，要提高 三個指標中的任意兩個指標并不困難，但要同時提高三個指標是非常困難的， 因為其中的兩個指標通常存在此優彼劣的關系。基于半絕緣光導開關的脈沖產 生裝置輸出脈沖具有高電壓、超快前沿特點，但重復頻率有限?；诖損⁺nnn⁺半導體斷路開關的脈沖產生裝置輸出脈沖具有高電壓、高重復頻率特點，但脈 沖前沿為納秒量級。

發明內容

為了解決現有雙極脈沖產生裝置重復頻率有限，不能同時實現高重復頻率、 高輸出電壓和亞納秒脈沖前沿的技術問題，本實用新型提供一種高重復頻率、 高電壓、亞納秒前沿的脈沖產生裝置。

本實用新型的技術解決方案如下：

本實用新型所提供的高重復頻率、高電壓、亞納秒前沿的脈沖產生裝置， 其特殊之處在于：包括多級階梯狀脈沖形成線，所述多級階梯狀脈沖形成線的 輸入端并聯設置至少兩只半絕緣砷化鎵雪崩開關。

上述結構為本實用新型脈沖產生裝置的基本結構，基于該基本結構本實用 新型還可作出以下優化限定：

半絕緣砷化鎵雪崩開關優選為體結構，體結構的半絕緣砷化鎵雪崩開關包 括半絕緣砷化鎵襯底，所述半絕緣砷化鎵襯底的一側覆蓋有陽極金屬層，與陽 極金屬層相對的半絕緣砷化鎵襯底的另一側的中心設置有圓形陰極金屬層，在 圓形陰極金屬層的周圍設置鈍化區域，所述圓形陰極金屬層的中心還開設有通 光孔，陰極金屬層上連接有引線。該體結構半絕緣砷化鎵雪崩開關有助于提高 開關的重復頻率和壽命。

基于上述的高重復頻率、高電壓、亞納秒前沿的脈沖產生裝置產生雙極脈 沖的方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1)將多只半絕緣砷化鎵雪崩開關并聯于階梯狀脈沖形成線的輸入端，各并 聯的半絕緣砷化鎵雪崩開關在時間上順次導通，時間間隔為單只開關工作的時 間周期除以開關聯數量；

2)給階梯狀脈沖形成線充電；

3)充電完成后，觸發其中一只半絕緣砷化鎵雪崩開關導通，階梯狀脈沖形 成線對應在負載輸出雙極脈沖；

4)再次給階梯狀脈沖形成線充電；

5)充電完成后，觸發另外一只半絕緣砷化鎵雪崩開關導通，相鄰兩只半絕 緣砷化鎵雪崩開關的導通時間間隔為單只開關工作的時間周期除以開關聯數 量，階梯狀脈沖形成線對應在負載輸出另一雙極脈沖；

6)重復步驟4)與5)，多只半絕緣砷化鎵雪崩開關交替工作對應輸出多個 雙極脈沖。

本實用新型與現有技術相比，有益效果是：