[发明专利]一种双极性传输线型纳秒脉冲发生器

说明书

本发明公开了一种双极性传输线型纳秒脉冲发生器，包括：交流电源模块和脉冲模块，工频交流源输出端经输入限流电阻与二极管整流桥输入端相连，二极管整流桥输出端经稳压电容与H桥电路输入端相连，H桥电路输出端与升压变压器输入端相连，升压变压器输出端经输入电阻、第一同轴电缆中心铜线、负载输出阻抗、第二同轴电缆中心铜线接地，第一同轴电缆两端和第二同轴电缆两端共同接地，控制开关一端接至输入电阻和第一同轴电缆之间的节点上，控制开关另一端接地，负载输出阻抗两端输出脉冲。本发明的有益效果：利用交流源作为Blumlein脉冲形成线的激励源，可产生双极性陡前沿窄脉宽纳秒脉冲，结构简单，电路复杂度低，整体易于实现小型化。

技术领域

本发明涉及脉冲发生器技术领域，具体而言，涉及一种双极性传输线型纳秒脉冲发生器。

背景技术

纳秒脉冲发生器因其输出电压具有快速的上升沿，使得气体能够快速电离，纳秒级的脉冲宽度可有效抑制放电向火花或者电弧放电模式发展。这有利于等离子体的产生，对于大气压非平衡态等离子体的研究具有重要意义。

传统的纳秒脉冲发生器是以固态开关为基础的电源结构，这种结构中开关的性能决定了整体电源的参数。开关的开通与关断速度决定了脉冲的上升沿与下降沿，极限响应频率限定了脉冲的重复频率最大值。通常采用的开关主要为半导体开关和磁开关。半导体开关为基础的发生器，具有响应快、脉宽、幅值以及重复频率调节灵活的优势，但是耐压低，高电压幅值应用中需要成倍数的级联拓扑，这就会提升复杂度同时降低整体系统可靠性。磁开关为基础的发生器，具有较高的耐压和通流能力，电路结构简单，是目前采用最多的纳秒脉冲发生器结构，但其仅能实现单极性脉冲输出。对于介质阻挡(DBD)放电和等离子体射流实验，在放电时介质材料表面积累的电荷会产生与施加脉冲极性相反的电场，使得下一个脉冲产生的电场被削弱。若采用双极性脉冲，每一个脉冲所产生的电场与上一个脉冲残余电荷形成的电场方向相同，电场叠加被增强，有效降低放电的起始电压。

申请号为201510582258.1的发明专利公开了一种基于层叠Blumlein带状线型高压纳秒脉冲发生器，但该装置采用多级固态串联开关组作为系统开关，这对于多级固态开关的触发配合要求较高，不利于整体系统的稳定性。申请号为201710260488.5的发明专利公开了一种基于Blumlein脉冲形成线和传输线变压器的高频纳秒脉冲发生器结构，该装置采用模块化设计思路，通过多模块级联的方式增大电压放大倍数，但当模块级数增多的同时，干扰也会被放大，可靠性降低。申请号为201710260549.8的发明专利公开了一种基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器，但磁压缩开关体积大，为了省去磁芯复位电路而采用的全桥逆变电路使得整体结构变得复杂。

发明内容

为降低DBD放电的放电起始电压，减小脉冲发生器体积与复杂度，本发明的目的在于提供一种可产生双极性陡前沿窄脉宽纳秒脉冲的发生器结构。

本发明提供了一种双极性传输线型纳秒脉冲发生器，包括：

交流电源模块，其包括工频交流源AC、输入限流电阻R1、二极管整流桥REC、稳压电容C1，H桥电路和升压变压器T，所述工频交流源AC的输出端通过所述输入限流电阻R1与所述二极管整流桥REC的输入端相连，所述二极管整流桥REC的输出端通过所述稳压电容C1与所述H桥电路的输入端相连，所述H桥电路的输出端与所述升压变压器T的输入端相连；

脉冲模块，其包括输入电阻R2、第一同轴电缆、第二同轴电缆、控制开关和负载输出阻抗RL，所述升压变压器T的输出端经所述输入电阻R2、所述第一同轴电缆中心铜线、所述负载输出阻抗RL与所述第二同轴电缆中心铜线相连，所述第一同轴电缆网状屏蔽层的两端和所述第二同轴电缆网状屏蔽层的两端共同接地，所述控制开关一端接至所述输入电阻R2和所述第一同轴电缆之间的节点上，所述控制开关另一端接地，所述负载输出阻抗RL的两端输出脉冲。

作为本发明进一步的改进，所述H桥电路由四个半导体开关器件组成，半导体开关器件采用GTO、IGBT、晶闸管或MOS管。