【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,計算結(jié)果顯示脈沖壓縮裝置的功率增益可達到2.25倍,驗證了理論分析�；诂F(xiàn)有的CKP1000超寬譜脈沖源,建立了完整的脈沖壓縮實驗系統(tǒng)并展開實驗研究,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,實驗結(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)導致的阻抗不匹配等原因［10］，輸出脈沖并不是一個理想的方波(如圖2所示)，脈沖前沿遠大于脈沖平頂，這會導致形成線FL3的充電壓縮效果降低，，為了分析實際的脈沖壓縮裝置的工作狀態(tài)建立了如圖3所示電路模型來進行研究。圖中FL11和FL12為Blumlein形成線的內(nèi)外線，F(xiàn)L1'來源于阻抗及長度的不匹配所產(chǎn)生的延長段，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，與實際波形(圖2)較為接近。Fig．2OutputwaveformofpulsegeneratorCKP1000圖2CKP1000輸出波形Fig．3Actualcircuitofpulse-compressiondevice圖3實際電路原理圖Fig．4Simulatedwaveformofactualpulse圖4按實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載的匹配，選擇形成線FL3的阻抗為Z3=50Ω，同時根據(jù)實際所需的亞納秒脈沖寬度的要求以及考慮到開關(guān)的導通速度的影響，取FL3的電長度為τ3=0．33ns�；诖藚�(shù)計算了FL3的充電電壓隨FL2的電長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的電長度τ2=4τ3=1．32ns，同時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FL3的充電及輸出脈沖波形，由圖可見充電時間約5ns，當饋入脈沖U0=200kV時，F(xiàn)L3上的最大充電電壓為U3max=605kV，匹配傳輸線FL4上測得的輸出脈沖寬度約850ps，輸出電壓300kV，此時脈沖壓縮裝置的功率增益G為2．25倍。3實驗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)計的脈沖壓縮裝置是應(yīng)用現(xiàn)有的CKP1000脈沖源展開實驗研究的，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)導致的阻抗不匹配等原因［10］，輸出脈沖并不是一個理想的方波(如圖2所示)，脈沖前沿遠大于脈沖平頂，這會導致形成線FL3的充電壓縮效果降低，為了分析實際的脈沖壓縮裝置的工作狀態(tài)建立了如圖3所示電路模型來進行研究。圖中FL11和FL12為Blumlein形成線的內(nèi)外線，F(xiàn)L1'來源于阻抗及長度的不匹配所產(chǎn)生的延長段，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，與實際波形(圖2)較為接近。Fig．2OutputwaveformofpulsegeneratorCKP1000圖2CKP1000輸出波形Fig．3Actualcircuitofpulse-compressiondevice圖3實際電路原理圖Fig．4Simulatedwaveformofactualpulse圖4按實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載的匹配，選擇形成線FL3的阻抗為Z3=50Ω，同時根據(jù)實際所需的亞納秒脈沖寬度的要求以及考慮到開關(guān)的導通速度的影響，取FL3的電長度為τ3=0．33ns�；诖藚�(shù)計算了FL3的充電電壓隨FL2的電長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的電長度τ2=4τ3=1．32ns，同時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FL3的充電及輸出脈沖波形，由圖可見充電時間約5ns，當饋入脈沖U0=200kV時，F(xiàn)L3上的最大充電電壓為U3max=605kV，匹配傳輸線FL4上測得的輸出脈沖寬度約850ps，輸出電壓300kV，此時脈?
【作者單位】： 西北核技術(shù)研究所高功率微波技術(shù)重點實驗室;
【分類號】：TN78

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本文編號：2540667