[发明专利]高阻抗高电压输出的同轴脉冲形成线

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种高阻抗高电压输出的同轴脉冲形成线。

背景技术

在脉冲功率技术领域，用于产生高电压脉冲的方法有许多种，其中单同轴线(文献1：S.D.Korovin,V.V.Rostov,S.D.Polevin,Pulsed power-driven high-power microwave sources,Proceedings of the IEEE，Vol.92,No.7；July 2004)和同轴Blumlein线(文献2：J.C.Martin,Nanosecond pulse techniques,Proceedings of the IEEE,Vol.80,No.6；June 1992)是最常见的脉冲形成线。高功率脉冲装置的小型化要求脉冲形成线储能最大化，脉冲形成线的最佳阻抗主要取决于储能介质的介电常数。一般来说，Blumlein线的输出阻抗比单同轴线高。单同轴线由内筒和外筒两个套在一起的同轴圆筒组成，负载匹配输出电压幅值等于单同轴线充电电压的一半。同轴Blumlein线由内筒、中筒和外筒三个套在一起的同轴圆筒组成，在充电过程中筒为高电位，内筒与外筒等电位，即中筒与内外筒之间均存在电压差，负载匹配输出电压幅值等于充电电压。传统的单同轴线和同轴Blumlein线存在以下不足：单同轴线的输出电压低、同轴Blumlein线双线储能在充电过程的绝缘压力大。

同轴两级重入脉冲形成线(专利受理号：201510262236.7)采用同轴外线储能，并采用同轴两级脉冲形成线的重入结构实现一般同轴线三倍的脉宽输出，负载匹配阻抗为一般同轴线波阻抗的三倍，该技术方案能够产生较宽的脉冲输出、对较高阻值负载的能量传输效率高。该结构的不足处在于：匹配输出电压低，为充电电压的一半，对于高电压输出需求来说，形成线的充电压力较大。

发明内容

为克服传统的单线储能输出电压低和Blumlein线双线储能绝缘难度大的不足，本发明提供一种高阻抗高电压输出的同轴脉冲形成线，在同一脉冲形成结构上同时实现绝缘可靠和输出电压高的优点。

本发明解决其技术问题所形成的技术方案是：

高阻抗高电压输出的同轴脉冲形成线，包括依次连接的短路开关段1、形成线段2、输出开关段3和负载段4，其特征在于：

所述短路开关段包括后端盖17及短路开关，所述短路开关包括短路开关阳极18、短路开关阴极19及绝缘填充介质，所述短路开关阴极19设置在后端盖内侧与短路开关阳极18相对且保持一定间隙；

所述形成线段2包括4个直径逐渐减小且长度相等的金属圆筒、端板21、绝缘填充介质及多个引杆16，4个金属圆筒分别是同轴设置并依次嵌套的形成线外筒14、筒B13、筒A12和内筒11；其中，筒B及内筒靠近短路开关段的一端通过圆周设置的端板21电连接，所述端板与筒B的连接处为圆周设置的圆弧段；筒A及筒B靠近输出开关的一端通过圆周设置的圆弧段电连接；所述绝缘填充介质填充在相邻金属圆筒之间以及端部，形成线外筒14、筒B13及两筒之间的绝缘填充介质形成外线，筒B13、筒A12及两筒之间的绝缘填充介质形成中线，筒A12、内筒11及两筒之间的绝缘填充介质形成内线，所述外线、中线和内线的波阻抗比值为4:3:12；

所述端板上以内筒中心为中心圆周设置有与引杆数量相同的导引孔20，所述引杆穿过端板21上的导引孔20，并与导引孔20同轴；

所述输出开关段3包括输出开关外筒9及设置在输出开关外筒内的输出开关，所述输出开关包括相对设置的输出开关阳极7、输出开关阴极8及填充在输出开关内的开关气体介质，输出开关阳极7和输出开关阴极8保持一定的间隙距离；

所述负载段4包括负载外筒6及设置在负载外筒内的负载电阻及绝缘填充介质，绝缘填充介质填充在负载电阻5和负载外筒6之间；

所述形成线外筒14靠近短路开关段的一端与后端盖电连接，所述形成线外筒14靠近输出开关的一端与输出开关外筒的一端电连接，所述输出开关外筒的另一端与负载外筒的一端电连接；

所述引杆的一端与短路开关阳极电连接，所述引杆的另一端穿过导引孔20与筒A靠近短路开关的一端电连接；

所述内筒靠近输出开关的一端与输出开关阴极电连接；

所述负载电阻的一端与输出开关阳极电连接，所述负载电阻的另一端与负载外筒的另一端电连接；

在充电过程中，形成线外筒14接地，在慢充电过程中内筒11、筒A12和筒B13这三个金属圆筒充上幅值相等的高电压U0，所述短路开关的阈值为U0，所述输出开关的阈值为-2U0。