[发明专利]一种基于玻纤板的单级和多级脉冲形成线及其感应叠加器

说明书

本发明公开了一种基于玻纤板的单级和多级脉冲形成线及其感应叠加器，包括：MOSFET驱动电路、MOSFET开关、玻纤板基材、若干层覆铜电极；MOSFET驱动电路和MOSFET开关均焊接在玻纤板基材上表面；MOSFET驱动电路与MOSFET开关连接，用于驱动MOSFET开关；MOSFET开关与Blumlein脉冲形成线产生MHz重复频率、ns级脉宽的幅值数百伏的脉冲电压；利用层叠Blumlein脉冲电压叠加技术和感应电压叠加技术手段，实现叠加器MHz重复频率、ns级脉宽、数十kV幅值的脉冲电压输出；本发明中的感应电压叠加器可以产生MHz重复频率、ns级脉宽的高幅值的叠加电压输出，用于驱动电阻负载，也可以在二极管区产生高梯度电场，用于高能加速器电子束的引出。

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，具体地，涉及一种基于玻纤板的单级和多级脉冲形成线及其感应叠加器。

背景技术

脉冲功率技术的发展趋势是高峰值功率、高重复频率、固态模块化、紧凑小型化等方向。高峰值功率装置的特点是单次运行、高电压和大电流，它可为负载提供极高的峰值功率和极高的能量密度。主要应用在高能量密度物理、高强度辐射源、电磁发射和强脉冲激光等领域。目前，制约高峰值功率技术发展的瓶颈是高峰值功率开关技术和材料绝缘性等方面。高重复频率脉冲功率装置的特点是高占空比、高平均功率以及高能量利用效率，主要用于高新技术武器、高能加速器和工业环保等领域。高重复频率脉冲功率装置对高平均功率的开关提出了较高的技术要求，面临的技术障碍包括冷却、效率、可靠性等方面。固态模块化、紧凑小型化的脉冲功率装置通常容易维护、稳定可靠性较高、机动性强、重量轻便、具有可扩展性，且容易实现商品化和批量生产，因此在高新技术武器、工业化应用和高梯度加速器等领域具有巨大的应用前景。

通常而言，利用脉冲功率技术单独产生高梯度电场、或者MHz重复频率电压、或者ns级脉宽的脉冲电压都有相应的技术手段，如利用感应电压叠加原理在二极管间隙处产生高梯度电场(受高压开关限制，通常只能单次或者极低重复频率工作)，利用低压射频MOSFET固态开关产生MHz重复频率脉冲电压(一般只有几百伏电压输出)，利用脉冲形成线技术产生ns级脉宽的脉冲电压，这些技术都是很成熟的技术，也相对容易实现。但要同时产生MHz重复频率、ns级脉宽的高梯度电场，目前还没有相应的技术报道。

发明内容

在某些高能电子加速器中，既要利用MHz重复频率的脉冲电源实现束流的高平均功率，又要依靠高梯度电场来减小束流的初始发射度。同时受材料绝缘的限制，为了实现高梯度电场又需要降低脉冲电压的脉宽，且越窄越好(依据马丁经验公式V＝V_t^.(τ_t/τ)^0.2，脉冲电压的脉宽越窄，材料的闪络场强越高)。因此如何设计高重复频率脉冲电源，产生高梯度电场来实现电子束低初始发射度是高能电子加速器关注点之一。本发明提出了一种玻纤板多级层叠Blumlein脉冲形成线的感应电压叠加器，可实现高梯度电场。

本发明利用射频MOSFET开关的MHz重复频率特点，结合固态脉冲形成线ns级脉冲产生技术、多级层叠Blumlein脉冲形成线电压叠加技术和感应电压叠加技术实现MHz重复频率、ns级脉宽的高梯度电场的产生。

本申请提供了一种单级Blumlein脉冲形成线，利用射频MOSFET开关可MHz重复频率工作、具有ns级前沿及抖动的特点，结合ns级脉宽平板Blumlein脉冲形成线技术，可以产生MHz重复频率、ns级脉宽，幅值为数百伏至一千伏的脉冲电压。所述Blumlein脉冲形成线包括：