UWB高功率脉冲产生技术

陆  巍  杨周炳  陈志刚  李爱萍  丁恩燕  张晋琪  张现福  刘天文  孟凡宝

为产生UWB高功率脉冲，对两种技术路线进行了比较，一种为：两级脉冲压缩的技术路线，储能电容对形成线1充电后，形成脉冲宽度较宽的脉冲，然后再进行一次脉冲压缩，将较宽的脉冲压缩到所需的脉冲参数；另一种为：一级脉冲压缩的技术路线，采用脉冲形成线，直接产生需要的脉冲。通过对这两种技术路线所能产生的最大脉冲功率、形成线结构尺寸等方面进行比较，确定采用一级脉冲压缩的技术路线，用这种方法产生的最大脉冲功率比用两级脉冲压缩技术路线所能产生的最大脉冲功率要高1.5倍，而且脉冲形成线的长度上要短。根据总体设计要求，确定脉冲形成的设计指标为：在与脉冲形成线匹配负载上产生的脉冲峰值功率24 GW，脉冲宽度2 ns，重复频率100 Hz。



脉冲形成电路原理图见图1，脉冲变压器输出电压为800 kV，其负载电容C0，电容量为350 pF，脉冲变压器在2ms内对C0充电800 kV；再通过电容谐振充电的方式对形成线进行充电，形成线阻抗为Z，电长度为1 ns；当形成线充电至设定电压时，K2闭合，并在匹配负载上产生脉冲宽度约2 ns，峰值功率24 GW的脉冲功率；其中开关均为自击穿的气体火化隙开关。

根据设计指标的要求，选择形成线各项参数的设计，其中电容C0为集中参数电容，通过多个串并联的方式，达到所需的电容量和耐压值；脉冲形成线的阻抗设计为7 W，电长度设计为1 ns，采用高压氮气绝缘，设计对脉冲形成线的充电时间为23 ns；开关K2和K3为环形多通道开关；传输线和负载的阻抗设计为7 W，设计产生脉冲峰值功率24 GW，脉宽2 ns，重复频率100 Hz。

通过实验，取得了与设计指标基本一致的实验结果，在重复频率100 Hz下，获得脉冲半高宽约2.5 ns，脉冲峰值电压396.7 kV，脉冲峰值功率22.48 GW。但还存在一些问题需要进一步研究，如在低阻抗下要满足绝缘要求，需要增大体积，体积大了，给安装调试带来很多工程上的问题；在大尺寸开关条件下，解决自击穿开关导通稳定性的问题等。