一种紧凑型GW级双极脉冲产生装置的制作方法

本发明属于高功率微波技术领域，具体涉及一种紧凑型利用形成线对形成线充电技术产生高功率双极脉冲装置。

背景技术：

超宽带(UWB)高功率电磁脉冲具有宽频带特性，较易覆盖目标的响应频率，可以渡越目标系统的保护电路，破坏或麻痹保护电路后的电子系统、计算机敏感器件和接收机前端，扰乱系统引信、制导及通讯。

超宽带电磁脉冲形成原理与一般的电磁脉冲形成原理在本质上是一样的，但超宽带电磁脉冲有其自身的特点。超宽带电磁脉冲的频谱要求比较宽，所以脉冲一般比较窄（纳秒或者亚纳秒）。作为高功率超宽带脉冲源的关键技术之一，脉冲形成线得到了较为深入的研究。超宽带脉冲一般分为冲击脉冲（单极脉冲）和单周期脉冲(双极脉冲)两种。典型波形见图1，其中图1a为冲击脉冲，图1b单周期脉冲波形。图2为典型冲击脉冲和单周期脉冲的频谱，从图中可以看出冲击脉冲频谱低频分量所占比例较大（见图2a），由于低频分量很难辐射出来，辐射效率较低；单周期脉冲没有直流分量（见图2b），易于辐射。采用形成线对形成线充电技术，可以缩短双极脉冲形成线的充电时间，减小双极脉冲形成线的径向尺寸，减小短路开关与锐化开关的尺寸，提高装置的工作稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是实现高功率的双极脉冲，同时实现较高的中心频率，提供一种利用形成线对形成线充电技术产生高功率双极脉冲的装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种紧凑型GW级双极脉冲产生装置,所述装置的电路结构为：低阻线的高压输入端连接Marx发生器的高压输出端，低阻线的高压输出端通过主开关连接到低阻双极脉冲形成线，低阻双极脉冲形成线的高压输出端通过锐化开关连接到匹配传输线的输入端，匹配传输线的输出端通过匹配电阻连接到地；所述低阻双极脉冲形成线的高压输入端通过短路开关连接到地，

所述低阻线、低阻双极脉冲形成线、匹配传输线的阻抗匹配，且各自的低压端均连接到地。

在上述技术方案中，所述装置包括以下物理结构：低阻线内筒、低阻线外筒以及设置在低阻线内筒和低阻线外筒之间的填充介质；双极脉冲形成线内筒、双极脉冲形成线外筒以及设置在双极脉冲形成线内筒和双极脉冲形成线外筒之间的匹配传输线填充介质；低阻线内筒与双极脉冲形成线内筒之间连接主开关，双极脉冲形成线内筒和双极脉冲形成线外筒之间设置有短路开关；双极脉冲形成线内筒的另一端连接锐化开关，锐化开关的另一端连接到匹配传输线。

在上述技术方案中，所述低阻线内筒和低阻线外筒之间的填充介质的为绝缘子，绝缘子靠近主开关的端部直径与绝缘子其他部分的直径不一样。

在上述技术方案中，所述绝缘子端部的内侧与低阻先内筒的外壁不接触，两者之间形成间隙。

在上述技术方案中，所述低阻线内筒与外筒之间为等阻抗锥形过渡结构。

在上述技术方案中，所述短路开关为环形开关，环形开关的内径大于双极脉冲形成线内筒的外径。

在上述技术方案中，所述匹配传输线包括匹配传输线外筒和匹配传输线内筒，所述锐化开关为环形开关，环形开关连接在匹配传输线的内筒与双极脉冲形成线内筒之间。

本实用新型中的形成线为填充有机玻璃介质的低阻同轴线，填充有机玻璃可以缩短形成线的长度。低阻线与双极脉冲形成线之间的开关为环形开关（称为主开关），环形开关的结构可以实现开关多通道导通，多通道导通可以降低开关电感。

本实用新型形成线对双极脉冲形成线充电的工作原理是：Marx等高压脉冲源对形成线充电，当充电到一定值时形成线与双极脉冲形成线之间的主开关导通后形成线给双极脉冲形成线充电，当充电到最大值时，短路开关-锐化开关同时导通，在双极脉冲形成线的匹配传输线上形成双极脉冲。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

利用形成线对双极脉冲形成线充电，也就是Marx发生器先对形成线充电，而不是采用Marx发生器直接对双极脉冲形成线直接充电的方式。形成线对双极脉冲脉冲形成线充电时间比较短，4~5ns就可以完成，这样短路开关与锐化开关导通就比较快。采用Marx发生器直接对匹配传输直接充电的方式充电时间比较长，大概需要30ns。同时由于充电时间缩短，绝缘介质的击穿场强增高，绝缘距离变短，双极脉冲形成线的径向尺寸可以减小，这样短路开关与锐化开关的径向尺寸就可以减小，更容易保证开关与传输线的同轴，实现多通道导通。

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1a是典型冲击脉冲波形

图1b是单周期脉冲波形；

图2a是典型冲击脉冲波形

图2b是单周期脉冲频谱；

图3是本实用新型的电路图；

图4是本实用新型的结构图；

其中: 1是低阻线外筒，2是低阻线填充介质，3是低阻线内筒，4是低阻线与双极脉冲形成线之间的主开关， 5是不同腔体之间的有机玻璃绝缘子，6是双极脉冲形成线短路开关，7是双极脉冲形成线外筒，8是双极脉冲形成线内筒，9是双极脉冲形成线锐化开关。

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。

如图3所示，为本发明的电气连接示意图，Marx发生器产生的高压脉冲直接输入到低阻线T1的高压端上，低阻线T1的高压输出端通过一个主开关U1连接到双极脉冲形成线T2的高压端上，同时在双极脉冲形成线T2的高压端与低压端之间连接一个短路开关U2，双极脉冲形成线T2的高压输出端通过锐化开关U3连接到匹配传输线T3，匹配传输线T3的高压输出端通过一个匹配电阻连接到地；且低阻线T1、双极脉冲形成线T2、匹配传输线T3的低压端均接地。

如图4所示，根据图3中的电气原理，设计的本发明的装置，包括两个部分，装置前端为低阻线部分，后端为配传输线部分。装置的低阻线部分包括低阻线外筒和低阻线内筒，在内外筒之间填充有低阻线填充介质，形成线为低阻的填充有机玻璃介质的同轴线，填充有机玻璃可以缩短形成线的长度。在低阻线内筒的输出端环形口上设置环形主开关，用于连接装置的匹配传输线部分。

装置的匹配传输线部分包括两个部分，一部分为双极脉冲形成线，包括双极脉冲形成线内筒和双极脉冲形成线外筒，双极脉冲形成线内筒的输入端连接到环形主开关上，且在双极脉冲形成线内筒与双极脉冲形成线之间设置环形的短路开关，并且在双极脉冲形成线内筒与双极脉冲形成线外筒之间填充有机玻璃；另一部分为匹配线，匹配传输线也有内筒与外筒，匹配传输线的内筒与双极脉冲形成线筒之间连接锐化开关，匹配传输线的内筒与外筒之间填充为空气。

按照上述方案实施的例：

低阻线与双极脉冲形成线，低阻线外筒的外径为：168mm、内经为：160mm；低阻线内筒的外经为：122.6mm、内径为：116.6mm；低阻线与双极脉冲之间的环形开关（主开关）的外径为：84.2mm、内径为78.2mm，开关的端面倒R1.5的圆角。

双极脉冲形成线外筒的外径为：118mm、内经为：110mm；双极脉冲形成线内筒的外径为：84.2mm、内经为：78.2mm；锐化开关的外径为：84.2mm、内经为：80.2mm，开关的端面倒R1.0的圆角；短路开关为厚2mm的片状环形开关，开关的内径为90.2mm。

低阻线与双极脉冲形成线之间的环形开关、双极脉冲形成线的环型短路开关-锐化开关分别密封在不同的高气压腔体中，腔体利用有机玻璃绝缘子和O型密封圈实现高压气体的密封。腔体中充高压SF6气体，主要有两个作用，一是可以提高腔体的绝缘，二是可以缩短开关导通时间，提高宽谱振荡脉冲的中心频率。

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。