[实用新型]基于单节充电网络和单节调制网络的准方波脉冲发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种准方波脉冲发生器，具体涉及一种基于单节充电网络和单节调制网 络的准方波脉冲发生器，属于脉冲功率技术领域，主要用于高电压准方波脉冲的产生，可以 应用于高功率微波、闪光照相、激光研究等领域。

背景技术

脉冲功率技术是在20世纪60年代英国原子武器研究中心的J.C.Martin及其研究小组取 得一系列技术突破以后迅速发展起来的。目前，在脉冲功率装置中主要有两大脉冲形成技术： 脉冲形成线技术(PFL)和脉冲形成网络技术(PFN)。

脉冲形成线实质上是一种传输线，主要用于形成超短脉冲，而脉冲形成网络是传输线在 线型脉冲调制器中的代用元件，由集中参数元件构成，并具有与真实传输线大致相同的特性。 脉冲形成线具有输出波形较好的优点，且采用Blumlein线相对于单脉冲形成线可以提高一倍 的电压输出，但是在需要产生超过200ns的高电压准方波脉冲输出时，脉冲形成线这一脉冲 形成技术存在着体积大、造价贵的问题，迫切需要进一步解决。

与脉冲形成线技术相比，脉冲形成网络技术具有以下独特的优势：一是阻抗调节方便， 只需改变电路元件的参数或排布即可调节阻抗，使应用范围得到扩大并且减小了制作成本； 二是适合输出长脉冲，这是由于电路元件的脉冲延时作用，可产生脉冲宽度为几微秒的长脉 冲；三是储能密度高，无论是电流馈电型PFN还是电压馈电型PFN都要比PFL的油或水介 质储能密度要高得多，符合装置紧凑化、小型化的发展方向。目前，脉冲形成网络是产生长 脉冲的主要技术途径。

传统的脉冲形成网络主要有等电感和等电容网络，以及Guillemin网络等，但其波形存在 过冲，平顶稳定性一般且装置紧凑性较差，难以满足高功率微波、闪光照相、激光研究等对 电子束质量要求较高的应用。一般来说，PFN都要采用五节及以上的网络节数才能获得平顶 稳定性稍好的高电压准方波输出，且每个电容器都需要满足充电时的耐压要求，势必造成电 容器体积大且笨重。因此，在实际应用中，过多的网络节数和对电容器耐压方面的要求往往 会造成最终的脉冲形成网络体积巨大而且笨重，难以满足具体的使用要求。而减少网络节数 又无法获得理想的准方波脉冲输出，因此，寻求网络节数少、结构紧凑、输出波形平顶稳定 性较好的脉冲发生器对于实现高功率脉冲驱动源的紧凑化、小型化及实用化发展具有重要的 意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有脉冲形成网络技术所需网络节数过多、装置体 积巨大、输出波形平顶稳定性较差等不足，提出了一种基于单节充电网络和单节调制网络的 准方波脉冲发生器，其电路网络节数少，装置结构简单、体积小且输出波形平顶稳定性好， 同时此发生器只需对单节网络进行充电，还可降低对调制网络的电容器绝缘要求，实现了平 顶稳定性好的高电压准方波脉冲输出，可以应用于高功率微波、闪光照相、激光研究等对电 子束质量要求较高的领域。

本实用新型采用以下技术方案：一种基于单节充电网络和单节调制网络的准方波脉冲发 生器，所述发生器由一节充电网络、一节整形网络和一个主电感L₁组成，其中，充电网络由 电容C₁构成，C₁可以是单个高压脉冲电容器或由多个普通电容器通过串联和/或并联组成； 整形网络由电容C₂及电感L₂并联组成，C₂可以是单个高压脉冲电容器或由多个普通电容器 通过串联和/或并联组成；所述充电网络的一端与整形网络的一端连接，充电网络的另一端与 开关的一端(充电端)连接，开关的另一端接地；整形网络另一端与主电感L₁的一端连接， 主电感的另一端接负载。

所述电容C₁、C₂的电容值和电感L₁、L₂的电感值根据负载要求的脉冲宽度和特性阻抗确 定，具体参数可根据以下公式计算：