[发明专利]电参数在线可调高功率脉冲形成线及电参数调节方法

说明书

本发明公开了一种电参数在线可调高功率脉冲形成线，目的是解决现有脉冲形成线核心参数无法调整造成的问题。本发明由脉冲形成线，混合液体介质容器，去离子水液体介质容器，乙醇液体介质容器，循环气泵、液体管道、介电常数测量仪、两个程控开关和处理模块构成。处理模块是安装有介电常数解算软件的计算机，介电常数解算软件从介电常数测量仪获得混合液体介质介电常数，从键盘接收实际应用环境所需的电长度和本征阻抗参数，通过计算与比较，控制两个程控开关调整混合溶液中去离子水和乙醇的比重，实现对电参数的在线调节。本发明可实现脉冲形成线电参数在线可调，解决环境适应性较差，研制周期长，生产成本高等问题。

技术领域

本发明涉及高功率脉冲驱动源技术领域的脉冲形成线及其电参数调节方法，尤其是一种电参数在线可调高功率脉冲形成线及电参数调节方法。

背景技术

高功率(大于100MW)脉冲驱动源技术是研究将能量以较低的功率储存起来，通过开关、脉冲调制等技术在很短的时间内把储存的能量释放给负载，从而在负载上获得具有特定波形的高功率电脉冲的技术。具有准方波波形的高功率电脉冲具有能量效率高，作用效果好等优点。近些年来，在高性能脉冲驱动源装置的应用牵引下，准方波高功率电脉冲在高功率微波、高能量脉冲激光、等离子体物理、冲击波发生器、材料表面改性、工业废气废水处理、生物医学以及食品杀菌消毒等众多重点领域获得了广泛的关注和快速的发展，并取得了丰硕的成果。脉冲形成线是高功率脉冲驱动源在负载上获得准方波电脉冲的核心部分，直接决定了驱动源的工作性能和应用前景。

传统高功率(大于百兆瓦)脉冲驱动源中的脉冲形成线往往针对单一的应用需求，通常情况下，形成线决定的电长度、本征阻抗等电参数是无法调节的，当电参数需要调整时，只能根据应用环境重新设计加工。这一不足使得传统高功率脉冲驱动源进行应用环境变换时不具有普适性，研制周期长，产品更新慢、且生产成本高，在一定程度上限制了高功率脉冲驱动源技术的进一步应用。随着高功率脉冲驱动源技术应用领域的不断扩展，研究核心电参数能够在线调节的高功率脉冲驱动源符合该技术领域的发展方向，具有广泛的应用前景。

高功率脉冲形成线实质上为电传输线，能够实现电能的存储、传输和方波形成等功能。高功率脉冲形成线首先将电能储存在位于电传输线之间储能介质中，然后在理想闭合开关的作用下，以恒定的电压幅值传递给负载(负载阻抗与脉冲形成线本征阻抗相等)，并在负载上形成方波电脉冲。方波电脉冲的脉冲宽度由脉冲形成线的电长度决定。

高功率脉冲形成线的储能介质通常由固体或液体介质构成，具有固定的介电常数ε_r，设计加工完成的高功率脉冲形成线具有唯一的电长度和本征阻抗。这一特点限制了脉冲形成线及高功率脉冲驱动源的应用范围，不利于该器件的进一步发展。

高功率脉冲形成线的电长度可以表示为其中ε_r为脉冲形成线内储能介质的介电常数，l为脉冲形成线的机械长度，c为真空中的光速。可以看出，脉冲形成线的电长度与储能介质的介电常数ε_r呈正比二分之一次方关系，能够通过调节绝缘液体介质介电常数实现高功率脉冲形成线电长度的调节，从而使该器件可以适应更为广泛的应用领域。

本征阻抗也是脉冲形成线的核心参数之一，同轴型脉冲形成线本征阻抗由公式(其中R₁为内导体的外半径，R₂为外导体的内半径)确定，平板型脉冲形成线本征阻抗由公式确定(其中，W为平板型脉冲形成线金属平板宽度，d为两金属平板之间距离)，卷绕型带状脉冲形成线本征阻抗可以表示为(其中，N为卷绕金属线的螺距，W₁为卷绕型带状脉冲形成线的金属平板宽度)。可以看出，各种类型脉冲形成线的本征阻抗均与绝缘液体介质的介电常数ε_r呈反比二分之一次方关系，同样可以通过改变绝缘液体介质介电常数实现高功率脉冲形成线本征阻抗的调节，拓宽高功率脉冲驱动源应用范围。