[发明专利]一种布鲁莱恩脉冲形成线倍压器

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种布鲁莱恩脉冲形成线倍压器，可用于产生脉宽为纳秒量级的高压脉冲。

背景技术

目前，绝大多数实用脉冲功率系统装置都存在体积庞大、笨重的缺点，研制轻便、紧凑的脉冲功率装置是该领域技术必然趋势。脉冲功率技术不但在高功率微波、加速器、强激光以及材料改性等军事领域具有重要作用，而且在生物医疗、食品灭菌、污水处理等民用技术领域具有优势作用。大量的研究报道中，脉冲功率系统输出的高压脉冲的半高宽较宽，系统结构庞大而笨重，建造成本昂贵。基于固态平板传输线技术的紧凑型固态脉冲功率系统研制一直都是国内外研究的热点，尤其以层叠式Blumlein脉冲形成线的脉冲功率技术的研究最为炙手可热。因为这种技术将高储能技术、传输线技术、开关技术融为一体，大大减少了脉冲功率装置的体积和重量，极易实现脉冲功率系统的小型化和紧凑化。

发明内容

了克服现有脉冲功率技术中的系统结构庞大笨重、建造成本昂贵的不足，实现脉冲功率装置的高电压、高功率输出的同时，确保脉冲功率系统结构更为轻便、紧凑，本发明提供一种多级层叠平板布鲁莱恩脉冲形成线倍压器。所述的倍压器不但能够产生脉冲半高宽为纳秒量级的短脉冲高压，达到高峰值功率输出的目的，用于驱动负载，而且可以轻易实现装置的紧凑结构设计，达到减少体积和重量的目的，同时可以解决各关键器件的连接与固定问题。另外，通过多组多级平板布鲁莱恩脉冲形成线倍压器层叠构成多组多级平板布鲁莱恩脉冲形成线倍压器，或者设计级数更多的多级层叠平板布鲁莱恩脉冲形成线可以获得电压幅值更大、峰值功率更高的短脉冲高压。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的布鲁莱恩脉冲形成线倍压器，其特点是，所述的倍压器包括数个单级平板布鲁莱恩脉冲形成线，单级平板布鲁莱恩脉冲形成线含有陶瓷固态平板传输线、GaAs光导开关、激光二极管触发系统、无感电阻负载；其中，激光二极管触发系统由激光二极管驱动和高功率脉冲激光二极管组成；两根陶瓷固态平板传输线上下重叠设置，GaAs光导开关电极两端分别连接在其中一根陶瓷固态平板传输线输入端的两个电极上，陶瓷固态平板传输线输入端的两个电极分别与输入高压端、输入接地端连接；上下重叠的两根陶瓷固态平板传输线的输出高压端和输出接地端连接有无感电阻负载；激光二极管触发系统设置在GaAs光导开关正上方，使输出的激光正对照射到GaAs光导开关表面；所述的多个单级平板布鲁莱恩脉冲形成线固定在平台上，各级平板布鲁莱恩脉冲形成线在输出端逐级层叠，相邻的单级平板布鲁莱恩脉冲形成线之间在输出端层叠交叉有一角度。所述的相邻的单级平板布鲁莱恩脉冲形成线之间在输出端层叠交叉的角度范围为10°~50°，达到削弱各级平板布鲁莱恩脉冲形成线之间的电磁耦合效应的目的；相邻的单级平板布鲁莱恩脉冲形成线在输出端逐级叠加，达到各级输出脉冲电压幅值叠加的目的。

所述的单级平板布鲁莱恩脉冲形成线的数量根据输出电压幅值的大小设置为2~15级； 所述的多级层叠平板布鲁莱恩脉冲形成线的数量根据输出电压幅值的大小设置为2~5组，各组多级层叠布鲁莱恩脉冲形成线结构相同，每组多级层叠布鲁莱恩脉冲形成线的级数相同，各组在输出端逐级层叠。

本发明中，将陶瓷固态平板传输线、GaAs光导开关、激光二极管触发系统以及无感电阻负载合理布局在平台上，构成单级平板布鲁莱恩脉冲形成线：在输入端，陶瓷固态平板传输线与GaAs光导开关通过夹具紧密连接，在输出端，陶瓷固态平板传输线与无感电阻负载同样通过夹具保持紧密连接，在确保各连接处连接良好的同时，还需保证各连线的最短化，从而减少连线电感对放电回路的影响。通过位置设计，使激光二极管的输出激光能够正对照射并激励GaAs光导开关导通，从而构成单级平板布鲁莱恩脉冲形成线。利用GaAs光导开关的快速导通特性和陶瓷固态平板传输线纳秒量级的电长度设计，实现单级平板布鲁莱恩脉冲形成线的高峰值功率和纳秒脉宽脉冲高压输出。多个单级平板布鲁莱恩脉冲形成线在输出端交叉层叠，可减少相邻的单级平板布鲁莱恩脉冲形成线之间的电磁耦合问题，又可达到输出电压幅值叠加、峰值功率增大的目的。