[发明专利]一种带有重入结构的脉冲形成线

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种带有重入结构的脉冲形成线，在相同长度条件下输出的脉冲宽度能够达到传统脉冲形成线的两倍。

背景技术

脉冲功率技术是一门研究在相对较长时间里储存能量，然后经过快速压缩、转换，最后释放给负载的新兴科学技术，研究的对象是，电压在10⁴～10⁷V，电流10³～10⁷安培，脉宽10^-5～10^-10秒，脉冲功率大于10⁶W的高功率脉冲的产生与应用。

在脉冲功率装置中，如果要获得前沿快、顶部平坦的高压脉冲，一般需要使用脉冲形成线，根据结构形式的不同有同轴线、带状线等等，能够得到的脉冲宽度与脉冲形成线长度和绝缘介质的介电常数的平方根成正比，为脉冲形成线传输时间的两倍。若希望获得较宽脉冲但又不希望脉冲形成装置很长的情况下，通常采用螺旋线、高介电常数介质形成线、固体绝缘卷绕带状线和脉冲形成网络等技术，这些技术都在特定条件下具有相对优势，也都有各自的不足，螺旋线，卷绕带状线很难获得兆伏以上电压，同时输出波形质量不高，脉冲形成网络输出脉冲前沿很慢，高介电常数介质如去离子水虽然可以获得较长脉冲输出，但很难高重复频率工作。

在要求输出电压为MV量级、重复频率数十至百赫兹、同时要求输出脉冲有较快前沿和较好的平顶度方面，一般使用气体和变压器油绝缘的单筒或双筒脉冲形成线。图1为目前使用最为广泛的单筒脉冲形成线原理结构图，现有金属圆筒1为脉冲形成线外筒，现有金属圆筒2为脉冲形成线内筒，开关3一般为气体火花开关，导通速度为纳秒量级，负载4一般为大功率电阻、真空二极管或辐射天线，图中箭头为脉冲传输方向。脉冲形成线在填充高压绝缘气体或变压器油的情况下，输出脉冲宽度与脉冲形成线长度之比分别为6.7ns/m和10ns/m，若要求输出脉冲宽度为100ns的高压脉冲，要求脉冲形成线长度分别为10米和15m，系统庞大，工程难度很高。

发明内容

本发明的目的是在输出相同脉冲宽度的条件下缩短脉冲形成线长度，或者在相同脉冲形成线长度条件下获得更宽的输出脉冲，介绍了一种带有重入结构的脉冲形成线，在输出相同脉冲宽度的条件下长度仅为传统脉冲形成线的一半，下文简称为重入线。

本发明的技术方案是：设计一种带有重入结构的脉冲形成线，其特征在于，包括重入形成线段5、开关段6和负载段7；所述重入形成线段5包括外筒10、中筒11、内筒12和绝缘物质；外筒10和中筒11、中筒11和内筒12相互嵌套，且中筒11和内筒12分别通过绝缘支撑板与外筒10固连；中筒11和内筒12在一端互相连接，中筒(11)的另一端不连接(开路)，内筒12的另一端与阴极14连接；外筒10、中筒11、内筒12三者同轴；外筒10和中筒11之间、中筒11和内筒12之间均设有绝缘物质，且外筒10、中筒11和两者之间的绝缘物质构成外线，中筒11、内筒12和两者之间的绝缘物质构成内线，外线和内线的电长度相等，外线和内线的波阻抗相等；重入形成线段5开口端与开关段6同轴连接；开关段6与负载段7相连接。

本发明的进一步技术方案为：所述负载段7包括负载17和负载外筒18。

本发明的进一步技术方案为：所述开关段6包括开关阴极14、开关阳极16和开关外筒15；开关阴极14与内筒12开口端连接，开关阳极16与负载17一端连接，负载17另一端连接于负载外筒18内壁上，且负载外筒18罩在开关外筒15上；负载17的匹配阻抗为外线和内线的波阻抗之和；所述开关段6和负载段7内填充有气体。

本发明的进一步技术方案为：所述绝缘物质为高压绝缘气体或变压器油。

本发明的进一步技术方案为：所述连接均为电接触连接。

本发明的进一步技术方案为：所述重入形成线段5中的外筒10为两端开口状，且所述重入形成线段5还包括后盖8，其与外筒10未与开关段6相连接的一端通过法兰电接触连接。

本发明的进一步技术方案为：所述中筒11和内筒12连接端为一体化加工或相互电接触连接。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明的重入形成线段为一体化同轴结构，包含了3个套在一起的金属圆筒，构成了2个波阻抗相等的脉冲形成线(外线和内线)，使得本发明的输出脉冲宽度达到传统脉冲形成线的2倍。为实现所需的输出脉宽，本发明的脉冲形成线长度为传统脉冲形成线的1/2。本发明的匹配输出阻抗为外线波阻抗的2倍，在此条件下能量传输效率最高。

附图说明