技術領域

本發明涉及一種單脈沖矩形波發生裝置，特別是涉及一種產生前沿≤0.8ns、幅值15～50kV可調、寬度為10ns左右的高電壓單脈沖矩形波發生裝置。

背景技術

單脈沖矩形波發生裝置用于產生具有一定寬度的單脈沖矩形波，由于發生裝置中開關及連接結構等非理想因素的限制，實際輸出波形為具有一定前后沿的近似梯形波。在不與GB/T 9317-1988中方波定義相混淆的情況下，為與本領域通常稱呼相一致，在本發明中稱這種矩形波為方波。其發生裝置稱為方波發生器。

方波發生器在高電壓、脈沖功率技術和電磁脈沖效應研究等領域中有重要的用途，例如校驗測量系統、作為效應實驗信號源等。隨著技術的發展，前沿為數納秒的脈沖在上述領域中經常會遇到。在這種情況下，對于高電壓、大電流的測量而言，如果對分壓器、分流器、羅可夫斯基(Rogowski)線圈等測量系統進行方波響應校驗，就要求方波脈沖信號不但有快的前沿，而且要有高的幅值。如果使用幅值較低的方波作為方波響應實驗的信號源，經測量系統衰減后的輸出信號就很微弱，易受電磁干擾的影響，不易給出正確的結果。此外，電磁脈沖效應研究對快前沿、高幅值的脈沖信號源的需求越來越迫切，對方波發生器同樣提出了快前沿和高幅值的要求。因此，研制前沿≤1ns、幅值50kV左右的高電壓方波發生器是很必要和有實際意義的。

已經公開發表的方波脈沖發生器的研究有以下文獻：

[1]毛志國,鄒曉兵,劉銳等.一種10kV方波電壓發生器[J].高電壓技術.2007，33(10)41～44

[2]劉銳,鄒曉兵,王新新.用于標定分壓器的高電壓毫微秒脈沖發生器[J].電工電能新技術.200625(02)64～66

[3]張琦,石立華,邵志學.50Ω輸出的四形成線納秒級高電壓方波發生器設計[J].電波科學學報2011,26(5):938～943

[4]賀元吉,張亞洲,李傳臚.一種高壓ns級脈沖形成電路.高電壓技術,2000,26(4):13～15

[5]S.Katsuki,K.Moreira,F.Dobbs et al.Bacterial decontamination with nanosecond pulsed electric fields.Power Modulator Symposium,2002and 2002High-Voltage Workshop,July,2002:648-651

文獻[1-4]采取同軸傳輸線配合氣體火花開關或真空開關產生方波脈沖，前沿最短做到2ns，幅值最高10kV。

文獻[5]使用固態三板傳輸線配場畸變開關產生方波脈沖，生成前沿2ns、幅值30kV的方波脈沖。

以上文獻中所使用的開關均為氣體開關，間隙電感較大，不易達到前沿0.8ns的指標。目前，滿足前沿小于2ns的方波發生器通常使用汞潤開關作為其中的閉合開關，雖然輸出方波的前沿很快，但方波的幅值通常只有幾百伏到2kV左右。目前了解到國內外一些方波發生器的性能參數，這些方波發生器尚不能同時滿足幅值高和前沿快兩個方面的要求，或者技術過于復雜。

中國國家發明專利00113814.6(一種快前沿高電壓方波脈沖發生器)介紹了一種高電壓方波發生器，該發生器使用單個放電間隙薄膜介質開關，絕緣薄膜一側的開關電極為杯蓋形，內部安裝針狀金屬細桿，利用電磁鐵驅動撞擊薄膜進行觸發。絕緣薄膜另一側的開關電極采取套筒狀變直徑同軸結構，與單根或多根并聯的工業標準同軸電纜相連，傳輸線與開關結構相應，采用單根或多根并聯的工業標準同軸電纜，布置為雙傳輸線形式，中間接阻抗為傳輸線阻抗2倍的負載。工作時給傳輸線加高電壓，驅動電磁鐵觸發薄膜開關使之快速閉合，在傳輸線中引起電磁波折、反射過程，在負載上形成方波脈沖。該方波脈沖由標準同軸電纜引出。對按該發明設計的原理樣機的測試結果表明，該發生器輸出方波脈沖的前沿可達1至2ns，電壓幅值可達12kV，波形規則。根據該專利技術內容形成一篇文獻如下：

[6]馬連英，曾正中，費國強，等.基于絕緣薄膜開關的快前沿高壓方波發生器[J].電工電能新技術，2001(3)：38-40

相關專利00113814.6，所存在的問題有：

a、輸出端為同軸型輸出，對部分應用不方便，例如對于非同軸結構的分壓器、分流器等，在同軸型輸出的方波發生器上標定并不方便，雖然可以采用轉換輸出結構，但轉換中將帶來波形畸變，影響標定等應用。