【摘要】：介紹了一種采用三傳輸線型形成線壓縮技術(shù)直接產(chǎn)生高功率亞納秒脈沖的方法。給出了脈沖壓縮的理論分析,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的脈沖壓縮裝置,并采用Pspice軟件建立了電路模型,計(jì)算結(jié)果顯示脈沖壓縮裝置的功率增益可達(dá)到2.25倍,驗(yàn)證了理論分析�；诂F(xiàn)有的CKP1000超寬譜脈沖源,建立了完整的脈沖壓縮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并展開實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明:脈沖壓縮裝置在入射脈沖電壓220 k V、脈寬5 ns的情況下,可產(chǎn)生峰值電壓295 k V,半高寬約800 ps,前沿400 ps的亞納秒脈沖,脈沖壓縮裝置的功率增益約為1.8倍,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值基本相符。
【圖文】：

抗Z1=50Ω，峰值電壓220kV，脈沖寬度5ns。由于其開關(guān)部分結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的阻抗不匹配等原因［10］，輸出脈沖并不是一個(gè)理想的方波(如圖2所示)，脈沖前沿遠(yuǎn)大于脈沖平頂，這會(huì)導(dǎo)致形成線FL3的充電壓縮效果降低，，為了分析實(shí)際的脈沖壓縮裝置的工作狀態(tài)建立了如圖3所示電路模型來(lái)進(jìn)行研究。圖中FL11和FL12為Blumlein形成線的內(nèi)外線，F(xiàn)L1'來(lái)源于阻抗及長(zhǎng)度的不匹配所產(chǎn)生的延長(zhǎng)段，電路中其余部分與圖1中相同，圖4為脈沖源的模擬輸出波形，與實(shí)際波形(圖2)較為接近。Fig．2OutputwaveformofpulsegeneratorCKP1000圖2CKP1000輸出波形Fig．3Actualcircuitofpulse-compressiondevice圖3實(shí)際電路原理圖Fig．4Simulatedwaveformofactualpulse圖4按實(shí)際情況模擬的饋入脈沖Fig．5ChargingvoltageofpulseforminglineFL3vselectricallength圖5FL3的充電電壓隨τ2的變化曲線為了裝置的小型化考慮到與后端負(fù)載的匹配，選擇形成線FL3的阻抗為Z3=50Ω，同時(shí)根據(jù)實(shí)際所需的亞納秒脈沖寬度的要求以及考慮到開關(guān)的導(dǎo)通速度的影響，取FL3的電長(zhǎng)度為τ3=0．33ns。基于此參數(shù)計(jì)算了FL3的充電電壓隨FL2的電長(zhǎng)度及阻抗的變化曲線如圖5～6所示。綜合考慮壓縮效率和裝置的空間尺寸，取FL2的電長(zhǎng)度τ2=4τ3=1．32ns，同時(shí)考慮到高阻傳輸線的絕緣擊穿限制，取高阻線的阻抗Z2=200Ω。圖7為壓縮裝置工作時(shí)FL3的充電及輸出脈沖波形，由圖可見充電時(shí)間約5ns，當(dāng)饋入脈沖U0=200kV時(shí)，F(xiàn)L3上的最大充電電壓為U3max=605kV，匹配傳輸線FL4上測(cè)得的輸出脈沖寬度約850ps，輸出電壓300kV，此時(shí)脈沖壓縮裝置的功率增益G為2．25倍。3實(shí)驗(yàn)研究基于以上理論分析及仿真模擬的結(jié)果，在充分考慮高壓絕緣?

文所設(shè)計(jì)的脈沖壓縮裝置是應(yīng)用現(xiàn)有的CKP1000脈沖源展開實(shí)驗(yàn)研究的，其采用Blumlein型脈沖形成線，輸出阻抗Z1=50Ω，峰值電壓220kV，脈沖寬度5ns。由于其開關(guān)部分結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的阻抗不匹配等原因［10］，輸出脈沖并不是一個(gè)理想的方波(如圖2所示)，脈沖前沿遠(yuǎn)大于脈沖平頂，這會(huì)導(dǎo)致形成線FL3的充電壓縮效果降低，為了分析實(shí)際的脈沖壓縮裝置的工作狀態(tài)建立了如圖3所示電路模型來(lái)進(jìn)行研究。圖中FL11和FL12為Blumlein形成線的內(nèi)外線，F(xiàn)L1'來(lái)源于阻抗及長(zhǎng)度的不匹配所產(chǎn)生的延長(zhǎng)段，電路中其余部分與圖1中相同，圖4為脈沖源的模擬輸出波形，與實(shí)際波形(圖2)較為接近。Fig．2OutputwaveformofpulsegeneratorCKP1000圖2CKP1000輸出波形Fig．3Actualcircuitofpulse-compressiondevice圖3實(shí)際電路原理圖Fig．4Simulatedwaveformofactualpulse圖4按實(shí)際情況模擬的饋入脈沖Fig．5ChargingvoltageofpulseforminglineFL3vselectricallength圖5FL3的充電電壓隨τ2的變化曲線為了裝置的小型化考慮到與后端負(fù)載的匹配，選擇形成線FL3的阻抗為Z3=50Ω，同時(shí)根據(jù)實(shí)際所需的亞納秒脈沖寬度的要求以及考慮到開關(guān)的導(dǎo)通速度的影響，取FL3的電長(zhǎng)度為τ3=0．33ns�；诖藚�(shù)計(jì)算了FL3的充電電壓隨FL2的電長(zhǎng)度及阻抗的變化曲線如圖5～6所示。綜合考慮壓縮效率和裝置的空間尺寸，取FL2的電長(zhǎng)度τ2=4τ3=1．32ns，同時(shí)考慮到高阻傳輸線的絕緣擊穿限制，取高阻線的阻抗Z2=200Ω。圖7為壓縮裝置工作時(shí)FL3的充電及輸出脈沖波形，由圖可見充電時(shí)間約5ns，當(dāng)饋入脈沖U0=200kV時(shí)，F(xiàn)L3上的最大充電電壓為U3max=605kV，匹配傳輸線FL4上測(cè)得的輸出脈沖寬度約850ps，輸出電壓300kV，此時(shí)脈?
【作者單位】： 西北核技術(shù)研究所高功率微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【分類號(hào)】：TN78

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本文編號(hào)：2540667