[发明专利]一种沿角向排布的紧凑低阻抗双线型脉冲形成网络

说明书

本发明公开了一种沿角向排布的紧凑低阻抗双线型脉冲形成网络，目的是解决现有角向并联结构脉冲形成网络轴向尺寸大，空间利用率不高的缺点。本发明由金属内筒、M组脉冲形成单元和金属外筒组成。M组脉冲形成单元沿轴向套在金属内筒侧面，并密封在金属外筒的内部。相邻脉冲形成单元沿轴向等距排列。脉冲形成单元由内导体板、中间导体板、外导体板、电容器组成。M组脉冲形成单元沿轴向并联，M块内导体板、M块中间导体板、M块外导体板分别沿轴向并联。在外导体板、中间导体板之间均匀排列N个电容器；在中间导体板、内导体板之间也均匀排列N个电容器，2N个电容器沿圆周方向交错排列。本发明能显著提高空间利用率，实现装置小型化。

技术领域

本发明涉及高功率脉冲驱动源技术领域，尤其是一种沿角向排布的紧凑低阻抗双线型脉冲形成网络。

背景技术

脉冲功率技术是将长时间缓慢存储的能量，经过压缩、转换，最后快速释放给负载的电物理技术，其本质是对能量进行时间尺度上的压缩，进而获得瞬时的高功率输出。脉冲功率最早可追溯到上世纪30年代，当时被应用于X射线的产生；60年代初，英国原子能武器研究中的J.C.Martin开创性的将Blumlein线运用于闪光X射线照相的研究，促进了脉冲功率技术的快速发展。经过了60年的发展，脉冲功率技术应用逐渐从国防工业领域延伸到食品保鲜、医疗、环保、工业等社会各个领域，并产生了显著的经济效益。

脉冲功率的技术特征一般表现为：高脉冲功率、短持续时间。21世纪以来，其发展呈现三大趋势：高功率、高重复频率和紧凑化。紧凑型固态高功率脉冲形成技术作为脉冲功率技术的重要发展方向之一，是提高高功率脉冲驱动源实用化水平的重要途径。在脉冲功率技术领域，固态化可以显著提高装置的可靠性，紧凑化则能够带来便携性等众多好处，因此在保证功率容量的前提下，研制紧凑型固态化脉冲形成单元具有重要意义。脉冲形成网络(Pulse Forming Network,PFN)是一类可以实现高功率、固态化和小型紧凑化的脉冲技术。其主要由电容和电感构成，可实现长脉冲调制；但固态电容的耐压等级较低，导致单级的PFN功率容量有限，常需要采用多组PFN串并联的方式。李锐，张喜波，苏建仓等人2011年在《强激光与粒子束》上发表的学术论文《Tesla-PFN型长脉冲功率源加载线的结构设计》【李锐，张喜波，苏建仓,等,“Tesla-PFN型长脉冲功率源加载线的结构设计”,强激光与粒子束,2011,Vol.23,No.11,pp:2893-2896】报道了一种圆柱形结构的脉冲形成网络(简称背景技术1)。该脉冲形成网络如图1(a)所示，由12组脉冲形成单元1串联堆叠构成。脉冲形成单元1如图1(b)所示，为“C”形，由上金属板1-1-2、下金属板1-1-3和16个陶瓷脉冲电容器组1-1-1组成，陶瓷电容器组1-1-1如图1(c)所示，单组陶瓷脉冲电容器组1-1-1由4个陶瓷脉冲电容器通过金属螺杆串联而成。如图1(a)所示，12组形脉冲形成单元1沿轴向依次排列，以提高耐压强度。该脉冲形成网络通过气体开关连接负载，在电阻型负载上实现了幅值数百kV，脉宽大于100ns的准方波脉冲输出。这种沿轴向串联型脉冲单线型脉冲形成网络的优点在于耐压等级高，适用于高阻抗、气体开关调制的场合。