[发明专利]基于PCBBlumlein传输线和PCB传输线变压器的模块化固态纳秒脉冲发生器

摘要

本发明公开一种基于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。发生器结合了Blumlein传输线容易形成高频纳秒窄脉冲的特点和传输线变压器高频特性好的特点。发生器采用模块化结构设计，每个模块由Blumlein产生初级脉冲经传输线变压器放大后输出至负载，多个模块级联可以进行输出，增大了电压放大倍数，提高了输出功率。同时因为使用模块化设计，也减小了传输线变压器的阻抗变比，更加适用于小阻抗负载。设计中使用微带线进行传输线设计，可以根据负载大小进行阻抗匹配设计，同时大大减小了发生器的尺寸，实现了紧凑型设计。同时发生器使用MOS管作为开关，方便发生器的控制，并实现幅值、频率方便可调。

主权项

1.一种基于PCBBlumlein传输线和PCB传输线变压器的模块化固态纳秒脉冲发生器，其特征在于，一个单级发生器包括：一个单级Blumlein传输线和一个二级传输线变压器，以及MOS管开关电路S₁、MOS管开关电路S₂、高压直流电源和充电电阻R；所述单级Blumlein传输线由微带传输线T₁和微带传输线T₂组成；所述二级传输线变压器由微带传输线t₁和微带传输线t₂组成；所述微带传输线T₁的两端分别记为A端和a端，其金属线的两端分别记为AJ端和aj端，其接地板的两端分别记为AB端和ab端；所述微带传输线T₂的两端分别记为B端和b端，其金属线的两端分别记为BJ端和bj端；所述微带传输线t₁的输入端记为C端、输出端记为c端，其金属线的两端分别记为CJ端和cj端；其接地板的两端分别记为CB端和cb端；所述微带传输线t₂的输入端记为D端、输出端记为d端，其金属线的两端分别记为DJ端和dj端，其接地板的两端分别记为DB端和db端；C端和D端为二级传输线变压器的输入端；所述高压直流电源包括电极I和电极II；电极I串联充电电阻R后，形成接入MOS管开关电路S₁的端子，这一个端子与AJ端的通断，是通过MOS管开关电路S₁来控制的；电极II连接微带传输线T₁和微带传输线T₂的接地板；电极II与AJ端的通断，是通过MOS管开关电路S₂来控制的；aj端连接微带传输线t₁和微带传输线t₂的接地板；bj端连接CJ端和DJ端；cb端和dj端连接在一起；cj端和db端之间接入负载Z_L；Blumlein传输线中每条传输线的特征阻抗为Z₀，电长度为τ₁，传输线变压器中每条传输线的阻抗为Z₁，电长度为τ₂，负载阻抗为Z_L，当Z_L＝2Z₁＝8Z₀时，整个系统阻抗匹配，脉冲形成过程如下：开关S₁闭合、S₂断开，高压直流电源通过充电电阻R对Blumlein传输线进行充电至电源电压U₀；之后在t＝0时开关S₁断开、S₂闭合，AJ端被强迫接地，产生一个幅值为‑U₀的电压波向远离A端方向传播，在t＝τ₁时到二级传输线变压器的输入端，入射波在此处产生折反射，一个幅值为‑U₀/2的电压波反射回T₁传输线，同时一个幅值为‑U₀/2的电压波入射至T₂传输线，此时会在变压器输入端产生一个幅值为U₀的电压；在经过几次折反射后会在传输线变压器的输入端产生一个幅值为充电电压U₀、脉宽为2τ₁的脉冲。