[发明专利]一种半圆形同轴高功率脉冲形成线

说明书

本发明公开了一种半圆形同轴高功率脉冲形成线，目的是解决现有高功率脉冲形成线轴向长度较大，结构不紧凑等问题。本发明由N段同轴脉冲形成线组成，每段同轴脉冲形成线轴向截面呈半圆形，相邻半圆形同轴脉冲形成线通过螺杆进行连接；每段同轴脉冲形成线弯曲半径不同，结构相同；每段同轴脉冲形成线均由高压导体、接地导体、储能介质、介质输入口、介质输出口和支撑板组成，高压导体同轴嵌套在接地导体内；储能介质分布于高压导体与接地导体之间的空间。本发明可以有效提高高功率脉冲形成线的电长度，进而增加器件输出电脉冲的脉冲宽度，且通过将多个脉冲形成线进行拼接可有效减小体积，并对高功率脉冲形成线输出的脉冲宽度进行调节。

技术领域

本发明涉及高功率脉冲驱动源技术领域的脉冲形成线，尤其是一种半圆形同轴高功率脉冲形成线。

背景技术

高功率(大于百兆瓦)脉冲驱动源技术是研究将能量以较低的功率储存起来，通过开关、脉冲调制等技术在很短的时间内把储存的能量释放给负载，从而在负载上获得具有特定波形的高功率电脉冲的技术。具有准方波波形的高功率电脉冲具有能量效率高，作用效果好等优点，得到了最为广泛的应用。近些年来，在高性能脉冲驱动源装置的应用牵引下，准方波高功率电脉冲在高功率微波、高能量脉冲激光、等离子体物理、冲击波发生器、材料表面改性、工业废气废水处理、生物医学以及食品杀菌消毒等众多重点领域获得了广泛的关注和快速的发展，并取得了丰硕的成果。脉冲形成线是高功率脉冲驱动源在负载上获得准方波电脉冲的核心部分，直接决定了驱动源的工作性能和应用前景。

高功率脉冲形成线实质上为电传输线，能够实现电能的存储、传输和方波形成等功能。这种器件首先将电能储存于位于电传输线之间的储能介质中，然后在理想闭合开关的作用下，以恒定的电压幅值将能量传递给负载(负载阻抗与脉冲形成线本征阻抗相等)，并在负载上形成方波电脉冲。方波电脉冲的脉冲宽度定义为由电脉冲幅值一半处对应的时间宽度，是影响电脉冲应用能力和衡量脉冲形成线工作性能的核心参量之一，由形成线电长度决定。随着应用场合对脉冲形成线及高功率脉冲驱动源性能需求的不断提升，发展具有结构紧凑、电长度大的高功率脉冲形成线具有广阔的应用前景。

刘振祥,张建德,等人在学术论文《螺旋线型水介质长脉冲形成线的设计和改进》【强激光与粒子束,2006,Vol.18,No.12,pp:2078-2081】报道了一种直线型同轴脉冲形成线，以下简称技术方案一。该器件主要由高压导体1，接地导体2，储能介质3，后端支撑板4，前端支撑板5，介质输入口6，介质输出口7和闭合开关8组成，靠近闭合开关8的一侧为前端，远离闭合开关8的一侧为后端。高压导体1是由不锈钢制成的空心圆柱体，外半径为R₁，轴向长度为l₁，壁厚为d(考虑工程实现，要求d>5mm)。接地导体2是由不锈钢制成的空心圆柱体，内半径为R₂，轴向长度为l₂，壁厚为d。高压导体1与接地导体2同轴。储能介质3为去离子水，主要起到高功率脉冲形成线绝缘和储能的作用。后支撑板4与接地导体2呈紧配合关系，是由高分子材料构成的圆柱体，外半径为R₂，轴向长度为D。后支撑板4中心钻通孔，孔径为R₁。前支撑板5与接地导体2呈紧配合关系，是由高分子材料构成的圆柱体，外半径为R₁，轴向长度为D。介质输入口6是由长度为L，直径为D₁的不锈钢圆管制成，焊接在接地导体2下部，在接地导体2对应介质输入口6的空心部分钻通孔，其中心与高压导体1前端面的距离为S，要求S<l₂。介质输出口7是由长度为L，直径为D₁的不锈钢圆管制成，焊接在接地导体2上部，在接地导体2对应介质输出口7的空心部分钻通孔，其中心与高压导体1后端面的距离也为S。