铁氧体传输线电压测量用自积分电容分压器设计

为了研究铁氧体传输线对脉冲前沿的陡化机理,研制了6个耦合式自积分电容分压器测量传输线不同位置的电压波形,以此来分析脉冲前沿的陡化过程。首先通过Pspice建立电容分压器的等效电路模型,从时域和频域上分析了同轴信号电缆匹配方式及低压臂补偿电容的杂散电感对电容分压器测量输出的影响,提出采用多个电容并联的PCB同轴结构减小其杂散电感对脉冲高频振荡的影响,然后根据传输线结构设计了一种低杂散电感的耦合式电容分压器,通过Comsol仿真计算出高、低压臂电容值并推导了理论分压比。实验测试了电容分压器工作于D-dot模式和自积分模式时的输出信号,对分压器的分压比及响应时间进行定标,结果表明所研制的电容分压器,实测分压比与理论值接近,响应时间约为2.1 ns,实现了6级铁氧体传输线不同位置的脉冲电压的同时测量。

Electromagnetic Modeling of Metallic Elliptical Plates

This paper presents the evaluation of the capacitance of an isolated elliptical plate and two parallel elliptical plates. Integral equations are formed by relating the previously unknown charges on the elliptical plates and the potential on the metallic plates. The integral equations are solved by applying the method of moments based on the pulse function and point matching. The elements of the matrix in the method of moments are found by dividing the structure into triangular subsections. The matrix equation is solved in order to compute the unknown charges on each subsection. Numerical results on the capacitance as a function of the geometrical parameters of the ellipse are presented.

测量微秒量级脉宽方波信号的电容分压器

为了解决测量脉宽达到μs量级的方波信号的平顶衰落问题,设计了改进的双端匹配电容分压器。对采取双端匹配方式的电容分压器进行了频域和时域仿真。仿真结果表明,双端匹配方式的中频段幅频特性不平坦,方波响应波形也存在过冲。通过仿真计算调整了始端电阻以及对应的末端电容,实现了双端匹配方式的优化设计。实验结果表明:当低压臂电容为2 nF的情况下,使用电长度为50 ns的电缆的改进双端匹配电容分压器可以得到过冲小于2%,无平顶衰落的波形。

脉冲功率装置中电容分压器的设计和应用

为了测量脉冲功率装置形成线和传输线的电压,设计和标定了自积分电容分压器和V-dot探测器。在电容分压器结构设计中,重点叙述了降低结构电感、削弱局部高电场以及保持灵敏度一致的方法。电容分压器采用在线标定,标定用电阻分压器安装在电容分压器相对于轴线对称的位置,以减小对探头位置电场分布的影响。对阳加速器水传输线、脉冲形成线和PTS单路样机中储探测器的标定和实验结果表明:无论是自积分电容分压器还是V-dot探测器,只要取值合适,同时在结构设计中注意分布参数的控制,就都可以响应前沿为几十ns至接近μs量级的信号。

高压纳秒脉冲形成电路的分析与设计

分析了储能线和储能电容脉冲发生器中各种因素对脉冲前沿的影响 ,比较了二者的优劣 ,并设计了一种储能线脉冲形成电路。初步的试验表明 ,该装置能产生脉宽为 3～

电容储能高功率脉冲成形网络浪涌过程分析

针对电容储能高功率脉冲成形网络工作过程中存在的电流和电压冲击问题,建立了脉冲成形网络的等效电路。采用理论分析和数值计算的方法,研究了电路放电时的瞬态过程,分析了冲击电流和浪涌电压产生的机理,讨论了抑制电流和电压冲击的措施。研究表明:硅堆结电容的存在使硅堆所在的回路具有二阶电路的特性,负载的非线性或时序放电过程会引起硅堆两端反向电压的振荡。通过在硅堆旁并联一定阻值的电阻,使系统处于过阻尼状态,可以起到抑制电压振荡的目的。实验验证了方法的有效性,为硅堆的保护提供了一种新的技术途径。

准方波脉冲形成网络的理论分析与设计

针对微波驱动源、固态调制器等对宽平顶脉冲源的应用需求,开展了基于脉冲形成网络输出准方波的理论研究与分析设计。首先采用Prony算法获得准方波波形的解析表达式,然后基于最佳一致逼近的优化控制思路,列出极点控制方程,采用数值方法求解非线性方程组,获得优化波形参数。在此基础上采用阻抗函数匹配的算法求解出脉冲形成网络的元件参数初始值,根据工程设计的实际情况舍弃部分参数并对个别参数进行优化后,获得最终的元器件参数。通过理论分析与数值模拟相结合的方法,系统地给出了获取长脉宽、低纹波准方波脉冲形成网络的设计方法以及设计准则。该方法可用于设计任意阶低纹波系数的准方波脉冲源,也可用于设计其他输出波形要求的脉冲源。

非线性传输线高功率实验

设计了基于交叉耦合铁氧体非线性传输线高功率射频微波产生系统,系统由脉冲形成线、非线性传输线以及高功率匹配负载(或组合振子辐射天线)组成。由100kV高压电源和高压微波电缆构成单传输线高功率脉冲形成线,形成线输出脉冲幅度35kV,脉冲半宽60ns。高压脉冲经过非线性传输线的脉冲压缩和调制,与高功率匹配负载相连时,实验得到了峰峰值31kV、中心频率308 MHz、3dB带宽为13%的射频振荡脉冲;与组合振子天线相连时,实验得到了中心频率380MHz、3dB带宽为12%的宽谱辐射。实验结果与数值模拟基本吻合。

Tesla-PFN型长脉冲功率源加载线的结构设计

为解决Tesla-PFN型长脉冲功率源在高电压下多个加载线串联时加载线之间出现的电磁干扰问题,对一种环形串联加载线的结构进行了优化设计,重点解决了加载线与形成线的阻抗匹配及加载线的高压绝缘问题。优化了过渡段结构,使形成线与加载线阻抗匹配较好,输出脉冲顶部平坦;利用静电场分析软件计算了加载线的电场分布,通过调整屏蔽环的形状和位置使电场分布更加均匀。

负载回路电感对低阻抗脉冲形成线输出波形的影响

介绍了一个基于带状脉冲形成线的低阻抗实验平台,针对该平台设计了两种不同类型结构的匹配负载,并分别进行了实验研究,得到了不同的输出脉冲波形,发现轨道结构的水负载具有很低的负载回路电感,适于作为低阻抗脉冲形成线的匹配负载。实验结果表明:在开关电感一定的情况下,负载回路电感是影响低阻抗形成线输出波形的决定性因素。对于0.5Ω的带状脉冲形成线,只有将负载回路电感控制在30nH以内,才能获得波形较好的输出脉冲,高压实验结果也验证了此结论。利用数值模拟的方法,分析了负载回路电感对不同阻抗形成线输出波形的影响,结果表明:随着形成线阻抗的增加,负载回路电感对波形的影响越来越小。

低阻脉冲形成线电容分压器的在线补偿标定

讨论了低阻抗脉冲形成线中测量充电电压所用电容分压器的标定方案,提出了采用外部并联电感来补偿较大的形成线电容负载的方法。由于低阻形成线的电容负载影响,使用脉宽较短方波发生器易导致波形缺乏平顶,使用输出电压较低正弦波发生器导致信噪比不高。采用合适数值的外部电感,可以实现与形成线电容的并联谐振,此时整体阻抗最大,可以使用普通放大器提高正弦波电压,且不产生失真。该方法可应用于微秒尺度低阻形成线电容分压器的在线标定。

基于频响分析法的脉冲电源与容性负载间匹配电路设计

为克服传统的基于负载匹配法设计的匹配电路存在导致容性负载上脉冲电压上升率明显降低的不足,提高脉冲电源在容性负载下的应用效果,提出了将频响分析用于设计脉冲电源与容性负载间匹配电路的方法.基于此法设计了一种由电感(Lm)支路和与其并联的阻-容(Rm-Cm)串联支路构成的匹配电路,当Lm、Rm和Cm满足使容性负载上的脉冲电压(u2)与脉冲电源输出的脉冲电压(u1)之比(u2/u1)的频响特性,在脉冲电源输出的脉冲电压的有效频谱范围内接近不失真系统频响特性的条件时,可在容性负载上得到既无振荡,且上升率高的脉冲电压.实验验证该匹配电路是有效的.

快脉冲传输线分布电容补偿模型和计算方法

根据传输线理论和分布参数理论提出等效分布电容补偿模型,得出快脉冲传输线上多个电容负载造成取样波形失真,并给出两种匹配计算方法和公式。数值计算结果表明等效分布电容法对均匀分布的多个小负载电容脉冲传输线具有很好的补偿作用。

双极性脉冲激励的填充式介质阻挡放电反应器结构和电气参数优化

该文利用双极性脉冲电源激励填充床反应器。为了优化填充式介质阻挡放电反应器结构和电气参数,研究了不同电极形状、电极直径、石英管管径、填充材料(玻璃珠)粒径、脉冲成形电容等参数对反应器放电功率的影响。实验结果表明,采用螺纹棒电极的反应器放电功率高于普通棒状电极,增大电极直径或减小外部石英管的管径均能显著增加反应器的注入功率,填充玻璃珠的粒径越小越有利于反应器的能量注入。相同电压下,当脉冲成形电容从0.5增至1.5 n F,反应器的注入功率和放电电流增幅较大;当成形电容值大于1.5 n F时,反应器注入的功率和电流并没有显著提高。因此,1.5 n F是优化过的最佳脉冲成形电容值,是反应器静态电容(75 p F)的20倍。

用于神光Ⅲ原型装置20kJ能源系统的研制

在神光Ⅲ原型棒状放大器能源系统中,采用LC串联谐振变换器构成的软开关式恒流充电单元设计了高精度充电机。同时,基于RLC串联谐振电路的临界阻尼特性,设计了脉冲成形单元。分析了氙灯非线性解决办法及内触发点灯方式的可靠性,得出了脉冲氙灯线形等价和触发脉宽影响点灯可靠性的结论。采取计算机远程集中控制的控制策略,使得该系统控制安全高效。设计的20套能源模块完全符合用户要求,说明该方案具有可行性。

不同脉冲、频率下的双丝匹配对焊缝的影响研究

目的为提高双丝焊接质量,探究不同脉冲和频率下的双丝匹配对焊接质量的影响。方法采用MIG焊接技术,在3 mm厚的不锈钢板上进行焊接实验,之后观察和分析焊缝表面形貌、电流波形、金相组织以及截面几何形状参数。结果在同一频率下,前丝单脉冲组的熔深总是小于对应双脉冲组。随着双脉冲频率的增大,熔深、余高也随之增大,熔宽变化不大。结论在频率为4 Hz时进行焊接能得到较为美观的焊缝。在双丝匹配时,前丝单脉冲会阻碍后丝双脉冲对基板的挖掘和熔滴对熔池的搅拌作用,且前后丝位置顺序对熔深、余高影响较大,对内部金相组织生长形态影响较小。