[发明专利]一种PFN-Marx发生器输出波形的整形方法

权利要求书

1.一种PFN-Marx发生器输出波形的整形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、构建一个相等节电容和相等节电感的n级m节PFN-Marx发生器，由m节脉冲电容器C₀依次并联组成单级PFN，相邻的节电容之间采用电感L₀进行连接，所述单级PFN均包含两个电极，n个单级PFN通过n个开关进行串联：第一级PFN的两个电极，其中一个电极和第一级开关的一端相连，另一个电极和负载接地端相连；第二级PFN的一个电极和第一级开关的另外一端相连，同时通过一个隔离电感L_g或隔离电阻R_g和第一级PFN的接地端相连，第二级PFN的另外一个电极和第二级开关的一端相连，同时通过电感或电阻同第一级PFN的非接地端相连；……；依此类推，第n级PFN的一个电极和第(n-1)个PFN的开关一端相连，同时和第(n-1)级PFN的接地端通过一个电感或者电阻相连，第n级PFN的另外一个电极和第n个开关的一端相连，第n个开关的另一端和负载R_L相连；

步骤二、将上述PFN-Marx中的任意一级单元调整为k节PFN，k≥m，采用非等节电容形式，每节电容分别为C₁、C₂、…、C_k，电感仍为L₀，即除该单元采用等节电感非等节电容的网络形式外，其他各级的PFN网络依然采用等节电容等节电感网络形式；

步骤三、通过非调整级对调整级相关参数进行预估：调整级的电容值要求满足C₁+C₂+…+C_k≤mC₀，初始参数选择C₁＝C₂＝...＝C_k＝mC₀/k，然后再根据波形的实际需求进行调整；

步骤四、通过Spice类仿真软件采用数值模拟计算的方式确定调整级中各节电容C₁、C₂、…、C_k的大小：为缩短输出波形前沿，需适当减小C₁值；为获得较好的平顶和后沿特性，则需适当调整C₂、C₃、…、C_k-1值；最后调整C_k值补偿前几节电容值改变所引起的脉冲宽度变化。

2.根据权利要求1所述PFN-Marx发生器输出波形的整形方法，其特征在于：所述节电容可选用薄膜介质电容器、陶瓷介质电容器、云母介质电容器、复合介质电容器。

3.根据权利要求1所述PFN-Marx发生器输出波形的整形方法，其特征在于：所述除调整级之外其它级的节电容、节电感参数选取根据负载要求的脉冲宽度和特性阻抗确定。

4.根据权利要求1所述PFN-Marx发生器输出波形的整形方法，其特征在于：所述隔离电感L_g一般大于10μH，隔离电阻R_g一般大于10kΩ。

5.根据权利要求1所述PFN-Marx发生器输出波形的整形方法，其特征在于：PFN-Marx的输出脉宽和特征阻抗通过下述公式计算：

非调整级的脉宽和特征阻抗为：

${\mathrm{\τ}}_1=2\sqrt{({\mathrm{mL}}_0+L_s+{\mathrm{mL}}_c){\mathrm{mC}}_0},$

$Z_{M1}=\sqrt{\frac{{\mathrm{mL}}_0+L_s+{\mathrm{mL}}_c}{{\mathrm{mC}}_0}},$

上式中，m为非调整级的节数，L_s为开关及连线电感，L_c为电容器内感，τ₁为非调整级的脉冲宽度，Z_M1为非调整级的特征阻抗；

调整级的脉宽和特征阻抗为：

${\mathrm{\τ}}_2=2\sqrt{({\mathrm{mL}}_0+{\mathrm{mL}}_c+L_s)(C_1+C_2+...+C_k)},$

$Z_{M2}=\sqrt{\frac{{\mathrm{mL}}_0+L_s+{\mathrm{mL}}_c}{C_1+C_2+...+C_k}},$

上式中，k为调整级的节数，k≥m，τ₂为调整级的脉冲宽度，Z_M2为调整级的特征阻抗；

则PFN-Marx的输出阻抗为：

Z＝(m-1)Z_M1+Z_M2,

PFN-Marx的输出脉冲宽度为：

τ≈τ₁。