[发明专利]一种平顶脉冲磁场产生装置及太赫兹电磁波产生系统

权利要求书

1.一种平顶脉冲磁场产生装置，其特征在于，包括：同轴的第一补偿线圈、空心磁体以及第二补偿线圈；

所述空心磁体同轴位于所述第一补偿线圈和第二补偿线圈之间，所述第一补偿线圈和第二补偿线圈的绕向相反，使得所述第一补偿线圈和空心磁体之间的互感与空心磁体和第二补偿线圈之间的互感相互抵消；

所述空心磁体与第一电源串联组成第一放电回路；

所述第一补偿线圈、第二补偿线圈、IGBT开关与第二电源串联组成第二放电回路；

第一电源对空心磁体放电，产生主磁场，放电到第一预定时间时，通过控制所述IGBT间断性开通和关断使得第二电源对第一补偿线圈和第二补偿线圈放电，产生补偿磁场，在第二预定时间，关断所述IGBT停止对第一补偿线圈和第二补偿线圈放电；所述主磁场和补偿磁场叠加成总磁场，所述IGBT的间断性开通和关断的占空比根据预设时间段中总磁场的磁场强度确定，以控制所述补偿磁场的强度大小，使得预设时间段中所述总磁场的磁场保持不变，形成平顶脉冲磁场，所述预定时间段为从第一预设时间到第二预设时间的时间段。

2.根据权利要求1所述的平顶脉冲磁场产生装置，其特征在于，还包括：磁场探测线圈、比较器和PID控制器；

所述磁场探测线圈实时探测总磁场的强度；

所述比较器将所述总磁场的强度对应的电压信号与参考电压比较，得到误差信号；

所述PID控制器根据所述误差信号控制所述IGBT的间断性开通和关断的占空比。

3.根据权利要求1所述的平顶脉冲磁场产生装置，其特征在于，所述第一电源为电容器电源，所述第一放电回路还包括：晶闸管开关、第一续流电阻和第一续流二极管；

所述晶闸管开关开通时，所述电容器电源对空心磁体放电，并持续至脉冲放电完成；

所述第一续流电阻和第一续流二极管串联后，并联在所述电容器电源的两端，用于在电容器电压反向时对空心磁体续流。

4.根据权利要求1所述的平顶脉冲磁场产生装置，其特征在于，所述第二电源为蓄电池电源，所述第二放电回路还包括：第二续流电阻和第二续流二极管；

所述第二续流电阻和第二续流二极管串联后，并联在所述蓄电池电源的两端，用于在IGBT关断时对第一补偿线圈和第二补偿线圈泄能。

5.根据权利要求2所述的平顶脉冲磁场产生装置，其特征在于，所述PID控制器根据所述误差信号控制所述IGBT的间断性开通和关断的占空比，PID控制器对误差信号e(t)的运算公式如下：

其中，T_duty(t)表示IGBT控制信号每个周期中的开通脉宽持续时间，K_p表示误差比例因子，K_I表示误差积分因子，K_D表示误差微分因子，t₁表示控制起始时间，t表示当前时间。

6.一种太赫兹电磁波产生系统，其特征在于，包括：电子枪、谐振腔、如要求1至5任一项所述的平顶脉冲磁场产生装置、收集极以及输出窗；

所述电子枪的阴极发射电子注；

所述谐振腔，连接于电子枪出口处；

所述平顶脉冲磁场产生装置设置在所述谐振腔的外围，并与所述谐振腔同轴，所述平顶脉冲磁场产生装置为谐振腔提供平顶脉冲磁场，所述平顶脉冲磁场将所述电子注压缩使得所述电子注在谐振腔中激发出电磁波，所述电磁波从电子注得到能量后向输出窗方向输出；若所述平顶脉冲磁场强度在预设时间段内达到36T以上则输出的电磁波的频率可以达到1THz以上，为太赫兹电磁波；

所述收集极，连接于谐振腔的后级，用于收集作用后的电子注；

所述输出窗连接于收集极的后级，用于将所述太赫兹电磁波输出，所述太赫兹电磁波的持续时间与所述预设时间段的时间长度相关，所述太赫兹电磁波的功率为kW量级的电磁波辐射；

7.根据权利要求6所述的太赫兹电磁波产生系统，其特征在于，所述第一补偿线圈套在谐振腔的外部，所述空心磁体套在所述第一补偿线圈的外部，所述第二补偿线圈套在所述空心磁体的外部。

8.根据权利要求6所述的太赫兹电磁波产生系统，其特征在于，还包括：电子枪磁体；

所述电子枪磁体位于电子枪的外围，用于调整平顶脉冲磁场的磁场分布以压缩电子注。