一种10 kV/10 ns/20 A全固态脉冲源设计

为获得等离子体研究所需的半高宽约10 ns的高压高重复频率脉冲输出,采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关串联构成的2组高压开关模块,利用传统电容储能脉冲产生电路和脉冲切尾电路相结合产生窄脉冲。结合开关实际工作需求,开展了窄脉冲产生电路适应性设计及仿真优化;依据优化结果,搭建窄脉冲产生电路实验装置。经测试,在500Ω负载上获得了峰值电压约10 kV、半高宽约10 ns、前沿约6 ns的脉冲输出。

高稳定度全固态脉冲源的优化设计与评估

为了给电子设备的电磁脉冲环境效应研究提供稳定度高和重复性好的电磁脉冲源,基于雪崩三极管的雪崩效应,采用10级Marx电路结构研制出了一种高稳定度电磁脉冲源。首先对影响脉冲源稳定性的首要因素—三极管的选择作了详细阐述,然后分析了整个脉冲源的稳定性,并给出了相应的优化措施以提高其稳定性,最后提出了脉冲源波形稳定性的评估方法。结果表明,所研制脉冲源的输出负脉冲前沿<3 ns,全底脉宽约为10 ns,峰值电压约为1.5 k V,峰值电压、前沿和脉宽的变异系数均<5%,验证了输出脉冲的高重复性,表明其可以满足电子设备的电磁脉冲敏感度试验的高稳定度要求。

功率合成全固态脉冲源外场目标探测试验

为给冲击雷达提供理想的发射源,利用功率合成技术,将多个数kV,ns级的固态脉冲源合成为MW量级的高功率脉冲源;为研究冲击雷达目标特性,设计了一套由功率合成的全固态脉冲发射机、超宽带平面TEM喇叭发射天线阵、超宽带开槽接收天线阵、正交解调采样接收机、主控计算机组成的冲击体制雷达目标探测系统;采用增大收发天线、目标与地面的距离以及在目标回波中加时间窗的方法,成功探测到2 km处在光学区RCS为0.01 m2的目标;采用16个发射单元的目标回波信号比采用8个发射单元时明显,这表明功率合成在采用较多发射单元时效果更为明显。

基于DSRD陡前沿固态脉冲源研制

本文对比了不同种类开关在脉冲功率源技术中的应用,介绍了半导体开关漂移阶跃恢复二极管(DSRD)的工作原理,建立了DSRD工作电路仿真模型,对电路参数进行了仿真分析,通过实验研究,研制了一台基于DSRD半导体开关的亚纳秒脉冲功率源,输出电压2k V、脉冲前沿680ps,可以稳定工作200kHz高重频下。

UWB冲激雷达全固态高重频脉冲源设计

超宽带（UWB）冲激雷达中脉冲源的峰值功率和重复频率是其主要指标，通常，气体开关源和油开关源拥有很高的峰值功率，但其稳定度指标很差，最大重频较低；全固态源拥有很好的稳定度指标和较高的重频，但其峰值功率较低。前期工作中利用相干合成技术对提高雪崩管全固态源脉冲源峰值功率进行了研究。在此基础上，本文利用相干合成技术对进一步提高雪崩管固态脉冲源的重频进行了研究，指出了脉冲源单元的高稳定度是合成的基础，分析了电路合成与空间合成两种相干合成的方式。最后，根据需要研制出了32单元的4路电路合成和8路空间合成的脉冲源，峰值功率0．2MW，重频可达300kHz，其脉宽抖动与峰值抖动均小于1％，峰值功率合成效率可达90％-95％．

全固态快沿脉冲源功率合成的设计与分析

全固态快沿脉冲源具有小型化、高稳定性、高重复频率、输出功率低等特点,为了克服单个脉冲源输出功率低的问题,利用ADS仿真软件建立了多节蛇形微带线结构的功率合成器,并用实验验证了功率合成的效果。利用两路高稳定度的脉冲子源作为功率合成的两路输入,通过该功率合成器使两路快沿双指数信号合成为一路快沿双指数信号,实现了功率的提高。实验中脉冲子源的幅度为1.1kV,前沿约为2ns,脉冲宽度为10ns;两路信号合成后,输出电压为1.6kV,前沿约为2ns,脉冲宽度为18ns。实验验证了该功率合成模块的可行性,该合成模块还可推广至多路的脉冲子源的功率合成,实现提高快沿双指数脉冲功率的目的。

全固态高稳定度纳秒脉冲源的相干合成技术

单个子源的稳定度指标是多源相干合成技术的关键。文章首先对脉冲源稳定度指标进行了定义，并指出全固态纳秒脉冲源具有较高的稳定度指标，在相干合成中具有潜在优势。对脉冲时基抖动、波形抖动机理进行了深入分析，给出了高稳定度子源设计的关键技术途径，采用过触发、欠容量等具体改善方案，有效提高了子源的时基稳定度和波形稳定度，单个子源脉宽抖动小于等于1％，峰值抖动小于等于1％，单次短时抖动小于等于20ps，长时漂移小于等于100ps／min。最终成功实现了256单元的16×16路电路-空间综合合成，研制出30MW全固态高稳定度多路相干合成纳秒脉冲源，脉冲源16路输出端口最大时基离散度小于30ps，合成峰值电压抖动小于1％，合成峰值电压效率可达到90％～95％。

固态脉冲功率驱动源主磁开关的特性

为了提高固态脉冲功率驱动源的工作性能,研究了使用磁开关作为主开关的关键参数。分析了磁芯体积、磁芯损耗以及饱和电感等关键参量对磁开关工作性能的影响。结果表明:对于选用的磁开关,当磁性高度为0.05m时,磁开关的封装系数取得极大值;平均磁路长度大于1m时,磁芯绕组的饱和电感变化缓慢。利用饱和波理论简要解释了磁芯饱和的物理过程,推导了磁开关输出脉冲上升时间因子表达式,结果表明:磁性材料厚度、电阻率以及磁芯内外层磁路长度差等参数是影响磁开关输出脉冲上升因子的重要因素。

全固态快沿电磁脉冲源的模拟及特性分析

为了给脉冲源的参数选择和电磁脉冲防护提供理论支撑,首先对雪崩三极管的雪崩效应以及全固态快沿电磁脉冲源的工作原理进行阐述。然后通过对雪崩三极管导通过程简化,建立了该脉冲源的等效模型,分析了该脉冲源的时域特性,通过自定义曲线拟合方法,首次得到了脉冲源输出波形的数学表达式,并验证了它的有效性,最终确定了脉冲源的具体理论模型。依据此表达式的参数,通过对脉冲电流的频域分析表明:电流的振幅主要集中在0~200MHz之间,90%以上的能量都分布在810MHz以内。

一种新型50MW全固态高压纳秒脉冲源设计

介绍一种输出功率50 MW的新型全固态高重频高压纳秒脉冲源设计,提出了一种高压纳秒脉冲源线路功率合成设计实现新方法,并用实验证实了该方法的有效性和可行性,实现了全固态、高重频、高压、纳秒脉冲源的高功率输出,满足了实际应用需求。解决了输出功率50 MW全固态纳秒脉冲源设计实现方法、多个高压纳秒脉冲源的高精度同步(小于50ps)、高稳定全固态高压纳秒脉冲源单源模块设计、系统设计的电磁兼容等关键技术问题。采用该线路功率合成新方法设计的高压纳秒脉冲源将为先进高性能小型全固态高重频高压纳秒脉冲源设计提供基础技术支撑。

固态高功率高重频脉冲源的研究与发展

全固态高功率高重频脉冲源技术是定向能武器高能激光、高功率微波发展的关键技术之一。重点介绍了固态脉冲源技术发展历程和国内外发展动态。总结了三类固态高功率高重频脉冲源研制设计方法与工作原理、核心关键技术、应用前景、发展启示,以供相关人员参考。固态高功率高重频脉冲源具有全固态、高功率、小体积、轻重量、高可靠、长寿命等优点,在“激光打靶受控核爆模拟”实验研究、闪光X光照像、超宽带雷达、超宽谱通信、电子对抗、瞬态测量仪器等领域有广泛的应用前景。

一种小型脉冲场探头校准装置研究

横电磁波(TEM)小室是一种常用的电磁场发生装置。文中设计了一种脉冲场探头校准用的两端呈锥形过渡段、外导体两侧开放式的TEM小室。通过分析被校准电场传感器探头尺寸、TEM小室特性阻抗等需求,优化设计了TEM小室的高度和宽度。通过频谱分析计算电磁脉冲能量占比的频率分布,确定TEM小室的频率需求,并分析了在0 MHz~300 MHz频率范围内TEM小室的电压驻波比和S参数,以及场分布的均匀性和场波形。通过试验验证,证实了所设计的TEM小室反射小于-17 dB,插入损耗小于1 dB,加载脉冲源后场波形满足脉冲场探头校准的需求。

基于分数比可饱和脉冲变压器的全固态脉冲驱动源初步研究

设计了一台基于分数比可饱和脉冲变压器的全固态脉冲驱动源,其核心部件为分数比可饱和脉冲变压器,用来实现固态磁开关、脉冲调制、电压升压等功能,再借助Marx技术、磁开关技术和反谐振网络调制技术建立全固态脉冲驱动源,初步实验结果表明当直流电源提供100 V的充电电压时,该全固态脉冲驱动源可输出14.4 kV左右的准方波信号,脉宽约194 ns,验证了该技术方案实现输出百纳秒准方波信号的可行性,为建立百MW长脉冲信号输出的全固态脉冲驱动源模块提供了设计思路。

脉冲固态源的CAD

本文介绍了优化设计脉冲固态源的全过程，阐述了优化设计脉冲固态源的原理和方法，分别从小信号和大信号两方面阐述了设计和分析的过程，并对脉冲固态源输出信号进行了数学分析，把仿真的结果与分析的结果进行对照，从而阐明了包络仿真脉冲固态源的优化设计和仿真中的作用。另外，根据优化设计的结果对振荡器进行了生产和试验，试验结果较好地符合仿真的结果，满足设计的要求，这也表明微波ＣＡＤ

磁开关作为脉冲驱动源主开关的实验研究

使用矩形截面磁芯研制了一台磁开关作为脉冲驱动源的主开关,并利用电容器放电法对磁芯不同位置处的磁滞回线进行了测量。结果表明,短边和长边测量得到的磁滞回线均能够适应磁开关需求,不同的励磁位置对磁滞回线形状的影响有限。设计了基于该磁芯的磁开关,使用PSpice软件进行了数值模拟,结果与理论分析相一致。结合卷绕型带状脉冲形成线,对磁开关作为脉冲驱动源主开关进行了实验研究。结果表明研制的磁开关实现了主开关功能,在1.1Ω的低阻抗负载上获得了峰值电压9V、上升沿80ns、脉冲半高宽230ns的准方波脉冲输出。

激光触发多门极半导体开关初步研究

固态脉冲功率源在脉冲功率技术领域应用广泛,已经成为新的研究热点,其中,高功率固态开关器件是固态脉冲功率源的核心。报道了一种新型光触发多门极半导体开关(LIMS),该开关具备光致线性模式和场致增益模式两种工作模式,解决了传统电控器件电流上升率低的问题,实现了器件的高电流上升率,光致线性模式下实验测试得到了454 kA/μs的电流上升率,该开关在雷管起爆、电磁脉冲模拟等领域已得到初步应用。

高功率磁脉冲压缩器的设计及实验研究

在对磁脉冲压缩器工作原理分析的基础上,设计了基于铁基非晶态磁芯的两级高功率磁脉冲压缩器,并利用高压脉冲驱动源进行验证。具体而言,根据磁通守恒定律和磁芯特性设计了压缩比为19的两级高功率磁脉冲压缩器;利用PSpice软件进行了数值模拟,验证了设计指标要求;在此基础上,对磁脉冲压缩器在高压脉冲驱动源中的作用特性进行了实验研究。结果表明,基于研制的磁脉冲压缩器作为充电电源能够驱动固态长脉冲高压脉冲源,充电电压大于100 kV,上升时间约1μs,重复频率20 Hz且波形一致性较好。实验结果与理论分析相符。

脉冲式半导体激光器端面抽运主振荡-功率放大器及腔外倍频系统

利用脉冲式半导体激光器(LD)具有高峰值功率的优点,通过对抽运光和基频光的模式进行匹配,构建了一台脉冲式LD抽运腔倒空结构的主振荡器和功率放大器,并对其进行了腔外倍频实验。实验结果表明,系统实现了非常紧凑的结构,脉冲式LD抽运的方式能够提高振荡器和功率放大级的能量输出,更好地消除热畸变的影响,从振荡器可以获得脉冲宽度达3.7 ns、脉冲能量约为4 mJ的基频激光脉冲输出,经功率放大和腔外倍频后,能够得到脉宽3.4 ns、脉冲能量为3.2 mJ的绿光输出,倍频效率为40%,脉冲峰值稳定性为5%(均方根值),发散角约为0.5 mrad。