一种用于Marx发生器的开关组合结构的制作方法

本发明涉及微波领域，尤其是涉及一种用于Marx发生器的开关组合结构。

背景技术：

Marx发生器是一种通过对电容器组并联充电、串联放电获得高电压的装置，在脉冲功率技术领域中获得广泛的应用。随着脉冲功率技术的发展和新材料、新工艺的应用，紧凑化、小型化、轻量化，成为Marx发生器的一个发展方向。

使用六氟化硫气体做绝缘介质，利于实现Marx发生器的轻量化。一个典型的气绝缘的Marx发生器包括储能元件（电容或PFN），充电元件（电感或电阻），火花间隙开关，充电电源，触发电源。对于一个级数为十数级的Marx发生器来说，其前几级（一般为2~3级）开关通常设计成场畸变开关，触发电源的作用是对这几级开关施加脉冲电压，控制其导通，从而保障Marx发生器的建立。目前用于脉冲功率系统的Marx发生器，绝大多数都配备触发电源。触发电源自身要想实现小型化、可靠运行也是一项有一定技术难度的事情，且需抽出一定的维护精力。

因此，在一些应用场合，为了追求Marx发生器的便利性和机动性，人们也在不断努力去尝试去掉触发电源，单纯依靠各级开关自击穿来使得Marx发生器建立。这样做在绝缘气压较低范围内，是可行的，但随着绝缘气压进一步升高，自建立变得困难。文献《14级紧凑型重复频率Marx发生器研制》显示，如果不依靠触发电源，当六氟化硫绝缘气体在0.16Mpa压力以上时，Marx发生器依靠自击穿很难建立。

如果能使用特殊的开关结构，可以在一定程度上提高工作气压。申请号201410492746.9的发明专利《盘片四元式紧凑型Marx发生器》虽然申请的重点是它特殊的紧凑结构，但它本质上是一种不需要触发电源的自建立Marx发生器。它的开关间隙呈线性排列，一个开关击穿后，辉光会照射其余间隙，加速其余开关的击穿，这是它不需要触发源的原因。

能够采用《盘片四元式紧凑型Marx发生器》的方式当然更好，然而更多情况下，因储能元件的形状、外部尺寸限制等制约，难以采用类似《盘片四元式紧凑型Marx发生器》结构。此时，如果想摆脱触发源，而又希望提高Marx发生器工作气压，追求小型化，则需要新的思路。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型的开关电极的形状和组合形式，使气绝缘的Marx发生器较稳定地在较高的工作气压下（0.3Mpa）不依靠触发电源较为稳定建立。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于Marx发生器的开关组合结构，所述Marx发生器包括若干级脉冲形成模块，模块间连接一个火花间隙开关，所有的火花间隙开关为自击穿火花间隙开关，第一级火花间隙开关采用均匀场电极开关，其余火花间隙开关采用不均匀场电极开关，所述Marx发生器整体置于密闭压力容器中。

在上述技术方案中，所述的若干个火花间隙开关之间并列设置在同一轴线上。

在上述技术方案中，第一级开关设置有用于调节电极间距的0.2mm不锈钢垫片。

在上述技术方案中，所述密闭压力容器中的所有火花间隙开关没有独立腔体。

在上述技术方案中，所述火花间隙开关与Marx发生器共用气体环境。

在上述技术方案中，所述气体环境中的气体是纯度在95%以上的六氟化硫，工作气压0.2Mpa~0.3Mpa。

在上述技术方案中，均匀场电极开关采用罗克夫斯基型电极开关，不均匀场电极开关为环轨间隙开关。

在上述技术方案中，所述罗克夫斯基型电极采用正弦曲线近似拟合。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：典型结构的Marx发生器，随着绝缘气压升高，自建立变得困难，采用本实用发明给出的开关组合形式，可以提高绝缘气压，仍较好建立。在相同输出功率下，可以使Marx发生器进一步小型化。在相同Marx体积下，可以使输出功率提高50%以上。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本方案搭建的Marx发生器整体结构图；

图2是marx发生器的电路原理图；

图3是本方案采用的罗克夫斯基型电极的拟合结构；

图4是本实用新型采用的第一级开关组装后的效果；

其中：1是电容器；2是充电电感；3是火花隙开关。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

图1是本方案搭建的Marx发生器，它的电路原理图见图2所示。Marx发生器设计为14级，全部采用自击穿火花间隙开关，而电极形状经过仔细设计优化。其中第一级开关最重要，采用罗克夫斯基型电极，具体形状显示在图3中。图4是开关组装好后的样子。其余13级开关采用轨道间隙开关。开关电极间距采用0.2mm不锈钢垫片来调整。Marx搭建完毕后整体置于压力容器中，工作气压0.27Mpa，六氟化硫纯度在95%以上。通过仔细调整，不依靠触发电源，依赖自击穿建立，该Marx发生器工作状态良好。

本方案所采用搭建的Marx发生器与以往的在结构形式上确实与以前的都不一样，但本质电路（如图2）是一样的，唯一需要强调的就是本方案采用的开关组合形式。以往的Marx发生器各级开关形状全部设计成相同的，全部是球头、圆柱倒角、环形轨道中的一种。本方案经过摸索采用罗克夫斯基和环形轨道结合，这是本方案的独创技术点。如果不这样做，本方案和其他一样，差不多气压超过0.16Mpa时就很难建立。而这样做以后，本方案的经验在0.27Mpa下也可以工作。工作点在0.27Mpa下，与0.16Mpa相比，在同样的体积下，前者输出功率将达到后者的1.5倍以上。

罗可夫斯基型电极不是本方案独创的，环轨电极也不是本方案独创的，但这种1+N的形式，是本方案首先使用的。图3、4所示的开关，是一种罗可夫斯基型的拟合形式，本质上是均匀场电极，后续使用的环轨开关，本质上是极不均匀场电极。第一级使用任何拟合形式的罗可夫斯基电极，在其余电极使用任意种类的极不均匀场电极，都是1+N的形式。目前，本方案的开关组合结构只做到十四级，0.27Mpa，更多极开关组合因实验条件等因素没有继续做下去。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。