[實用新型]基于玻纖板多級層疊Blumlein脈沖形成線的感應電壓疊加器

有效

• 申請號: 201920869694.0
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN209823724U
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 諶怡;王衛;劉毅;葉茂;張篁;夏連勝;黃子平;龍繼東
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H03K3/57
• 分類號: H03K3/57
• 代理公司: 51220 成都行之專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 熊曦

本實用新型公開了基于玻纖板多級層疊Blumlein脈沖形成線的感應電壓疊加器，包括：若干個多級脈沖形成線和相應個數的磁芯感應腔；其中，每個多級層疊Blumlein脈沖形成線的輸出端接有穿過磁芯的導線或感應腔，獨立驅動一個磁芯感應腔；一個多級層疊Blumlein脈沖形成線和一個對應的磁芯感應腔構成一個感應電壓組元；若干個感應電壓組元通過中心疊加桿串接，使每級感應電壓組元的輸出電壓逐級疊加，在由陰陽極構成的二極管負載區形成高梯度電場；本實用新型中的感應電壓疊加器可以產生MHz重復頻率、ns級脈寬的高幅值的疊加電壓輸出，用于驅動電阻負載，也可以在二極管區產生高梯度電場，用于高能加速器電子束的引出。

技術領域

本實用新型涉及脈沖功率技術領域，具體地，涉及一種基于玻纖板多級層疊Blumlein脈沖形成線的感應電壓疊加器。

背景技術

脈沖功率技術的發展趨勢是高峰值功率、高重復頻率、固態模塊化、緊湊小型化等方向。高峰值功率裝置的特點是單次運行、高電壓和大電流，它可為負載提供極高的峰值功率和極高的能量密度。主要應用在高能量密度物理、高強度輻射源、電磁發射和強脈沖激光等領域。目前，制約高峰值功率技術發展的瓶頸是高峰值功率開關技術和材料絕緣性等方面。高重復頻率脈沖功率裝置的特點是高占空比、高平均功率以及高能量利用效率，主要用于高新技術武器、高能加速器和工業環保等領域。高重復頻率脈沖功率裝置對高平均功率的開關提出了較高的技術要求，面臨的技術障礙包括冷卻、效率、可靠性等方面。固態模塊化、緊湊小型化的脈沖功率裝置通常容易維護、穩定可靠性較高、機動性強、重量輕便、具有可擴展性，且容易實現商品化和批量生產，因此在高新技術武器、工業化應用和高梯度加速器等領域具有巨大的應用前景。

通常而言，利用脈沖功率技術單獨產生高梯度電場、或者MHz重復頻率電壓、或者ns級脈寬的脈沖電壓都有相應的技術手段，如利用感應電壓疊加原理在二極管間隙處產生高梯度電場(受高壓開關限制，通常只能單次或者極低重復頻率工作)，利用低壓射頻MOSFET固態開關產生MHz重復頻率脈沖電壓(一般只有幾百伏電壓輸出)，利用脈沖形成線技術產生ns級脈寬的脈沖電壓，這些技術都是很成熟的技術，也相對容易實現。但要同時產生MHz重復頻率、ns級脈寬的高梯度電場，目前還沒有相應的技術報道。

實用新型內容

在某些高能電子加速器中，既要利用MHz重復頻率的脈沖電源實現束流的高平均功率，又要依靠高梯度電場來減小束流的初始發射度。同時受材料絕緣的限制，為了實現高梯度電場又需要降低脈沖電壓的脈寬，且越窄越好(依據馬丁經驗公式V＝V_t.(τ_t/τ)^0.2，脈沖電壓的脈寬越窄，材料的閃絡場強越高)。因此如何設計高重復頻率脈沖電源，產生高梯度電場來實現電子束低初始發射度是高能電子加速器關注點之一。本實用新型提出了一種玻纖板多級層疊Blumlein脈沖形成線的感應電壓疊加器，可實現高梯度電場。

本實用新型利用射頻MOSFET開關的MHz重復頻率特點，結合固態脈沖形成線ns級脈沖產生技術、多級層疊Blumlein脈沖形成線電壓疊加技術和感應電壓疊加技術實現MHz重復頻率、ns級脈寬的高梯度電場的產生。

本申請提供了一種單級Blumlein脈沖形成線，利用射頻MOSFET開關可MHz重復頻率工作、具有ns級前沿及抖動的特點，結合ns級脈寬平板Blumlein脈沖形成線技術，可以產生MHz重復頻率、ns級脈寬，幅值為數百伏至一千伏的脈沖電壓。所述Blumlein脈沖形成線包括：

MOSFET驅動電路、MOSFET開關、玻纖板基材、若干層覆銅電極；MOSFET驅動電路和MOSFET開關均焊接在玻纖板基材上表面；MOSFET驅動電路與MOSFET開關連接，用于驅動MOSFET開關；MOSFET開關的地電極與Blumlein脈沖形成線的第1層覆銅電極連接；MOSFET開關的輸出高壓電極與Blumlein脈沖形成線的第2層覆銅電極連接；若干層覆銅電極中的一部分覆銅電極被壓制在玻纖板基材的內部，若干層覆銅電極中的另一部分覆銅電極被印制在玻纖板基材的表面。