[发明专利]一种特斯拉升压脉冲源与方法

说明书

一种特斯拉升压脉冲源与方法，包括依次连接的脉冲发生器、特斯拉变压器、峰化电容、自击穿开关、辐射器或传导注入器，其特征在于，所述的脉冲发生器产生的脉冲经特斯拉变压器升压后给峰化电容充电，峰化电容电压升到一定数值后，自击穿开关导通，给辐射器或传导注入器传送高电压脉冲；通过测量脉冲激励产生衰减振荡波周期的方法，得到谐振频率，并通过调整可调位置磁芯的方法来实现初级与次级的谐振频率相等，达到特斯拉变压器对脉冲的升压，实现产生高电压脉冲的简化与可靠，并降低成本。

技术领域

本发明涉及一种高压脉冲源与方法，特别是一种特斯拉变压器升压用于脉冲辐射源与注入源的装置与方法。

背景技术

信息化社会，电磁脉冲对电子信息设备产生巨大威胁。常见的电磁脉冲主要有雷电电磁脉冲和核电磁脉冲，尤其是核电磁脉冲威胁最大。国际电工委员 IEC61000-2-9 标准和美国军用标准 MIL-STD-461、MIL-STD-188-125 中规定电磁脉冲波形和试验方法。为了研究电磁脉冲对电子信息设备的效应，人们常常建造各种电磁脉冲源来模拟。脉冲源的电压从几十千伏到几百千伏，甚至更高。随着电子电工技术的发展，各种电磁脉冲模拟技术得到极大发展。有界波电磁脉冲模拟器是产生垂直极化电磁脉冲电场的模拟装置，能够产生高空核电磁脉冲地面环境，广泛应用于辐射敏感度研究、屏蔽效能研究、电缆耦合效应研究和生物效应研究等。从近些年来颁布的 HEMP 标准波形看，电磁脉冲波形上升时间越来越快，高频分量所占的份量越来越多。国际电工委员 IEC61000-2-9 标准和美国军用标准MIL-STD-461E 中规定的核电磁脉冲波形，脉冲前沿 t_r（10%~90%）为 1.8ns~2.8ns，半峰宽为 23±5ns，峰值电场强度为50kV/m。MIL-STD-188-125 中规定短脉冲注入电流的脉冲前沿 t_r（10%~90%）小于20ns，半峰宽为 500~550ns。这两种脉冲源电压幅度高达250~350kV，传统的升压方法是使用Marx方案，实现起来很复杂，调试也很困难。Marx升压方案是用多个脉冲电容与开关串联，通过充电电路、接地电路和触发电路巧妙地实现对脉冲电容并联充电、串联放电达到升压。这种升压方案的充电电路、接地电路和触发电路很复杂，调试安装过程中稍有不合适就不能成功，脉冲发不出来，升压效率不高，通常效率在70~80%左右，而且建造成本也很高。

发明内容

针对现有的高压脉冲源所存在的问题和不足，本发明的目的是设计一种特斯拉变压器升压的脉冲源与方法，实现电磁脉冲辐射与注入的简便、高效、可靠，并降低成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种特斯拉升压脉冲源，包括依次连接的脉冲发生器、特斯拉变压器、峰化电容、自击穿开关、辐射器或传导注入器，其特征在于，所述的脉冲发生器产生的脉冲经特斯拉变压器升压后给峰化电容充电，峰化电容电压升到一定数值后，自击穿开关导通，给辐射器或传导注入器传送高压脉冲。

所述的脉冲发生器包括依次连接的直流高压源、充电隔离电阻、储能电容、放电开关。

所述的特斯拉变压器的初级线圈与脉冲发生器的储能电容构成初级谐振电路，特斯拉变压器的次级线圈与峰化电容构成次级谐振电路。

所述的初级谐振电路中包围着可调位置磁芯，通过调整可调位置磁芯使初级谐振电路的谐振频率等于次级谐振电路谐振频率。

所述的自击穿开关，包括圆柱状的绝缘封闭支撑外壳、固定电极、可调电极、油介质与气体介质两层组合绝缘介质。

所述的自击穿开关的可调电极，由安装有光电位置检测的气动分度盘来调节。

所述的传导注入器，在其始端安装脉冲源内阻，紧挨内阻安装有高频罗氏线圈与低频罗氏线圈测量注入器的注入电流，高频罗氏线圈与低频罗氏线圈的输出连接匹配网络，通过匹配网络输出兼顾高频与低频的宽频率范围注入电流的监测信号。