低阻抗Blumlein型脉冲形成网络设计与实验

脉冲形成网络(PFN)是产生宽度上百纳秒甚至更长脉冲的主要技术途径之一。设计了一种低阻抗Blumlein型脉冲形成网络,该脉冲形成网络采用陶瓷电容器作为级电容,铜条作为级电感,通过将两路阻抗为20Ω的Blumlein型脉冲形成网络并联,使一个网络单元模块的输出阻抗为10Ω。实验结果表明,设计的Blulein型脉冲形成网络单元可在10Ω负载上获得半高宽约200 ns,前沿约为50 ns,平顶约为110 ns的高压脉冲。

L型脉冲形成网络的仿真与实验研究

研究了L型连接结构对脉冲形成网络输出波形的影响。采用有限积分法,对L型连接结构的脉冲形成网络进行三维建模和仿真,并将其与直线型连接结构的脉冲形成网络仿真结果进行比较。结果表明:L型结构的脉冲形成网络前沿与直线型结构基本一致,约为40ns,半高宽为168ns,比直线型小7ns,平顶处较直线型结构有所波动,表现为平顶后段幅度升高。通过对两种连接结构的脉冲形成网络进行高压实验,验证了仿真结果。在脉冲功率驱动源结构紧凑化的工程应用中,L型连接结构的输出波形能基本满足要求。

脉冲形成网络的设计与实验研究

采用陶瓷无感电容器作为储能介质,设计了一种低阻抗高储能密度的中等高压脉冲形成网络。该脉冲形成网络采用无感陶瓷电容器作为储能介质,每一个电容器的容值为1.7 nF。电容器采用相对介电常数较高的钛酸钡作为材料,单个电容器的直径为6 cm、高度为4 cm,该电容器在变压器油中的工作电压可以达到50 kV。实验结果表明,设计的单线型中等高压脉冲形成网络可在1Ω的匹配负载上获得半高宽220 ns,前沿为40 ns的高压脉冲,能很好满足脉冲功率系统小型化的应用要求。实验研究还表明,设计的低阻抗Blum-lein型脉冲形成网络,在工作电压为44 kV时可在2.5Ω的低阻抗负载上获得脉宽230 ns,前沿约为50 ns的脉冲。

固态化脉冲形成网络Marx脉冲发生器

和传统Marx发生器单级由单一电容组成不同,脉冲形成网络Marx发生器的每一级是以陶瓷电容排列成网络形式组成脉冲形成网络,然后再通过串联叠加的方式实现电压叠加。由于采用了脉冲网络形成线,该型发生器可以产生质量较高的脉冲波形。对该型Marx发生器的充电方式、开关结构、结构布局等进行了研究,设计了两种较为紧凑的实验装置。开展的初步实验研究中,利用脉冲变压器进行充电,利用SF6气体绝缘,10级叠加结构在50Ω水电阻负载上获得了400 kV,100 ns的高压输出;20级结构在50Ω水电阻负载上获得了500 kV,70 ns的高压输出。

基于Blumlein脉冲形成网络的直线变压器驱动源设计

设计了基于Blumlein脉冲形成网络的直线变压器驱动源单元模块。双路阻抗各为20Ω的Blumlein脉冲形成网络对称连接于直线变压器驱动源(LTD)的初级绕组上,此种接法降低了脉冲形成网络(PFN)的设计难度,有利于形成更好的脉冲。在LTD次级绕组所接的10Ω匹配负载上输出高压脉冲,实验结果表明,单个LTD模块输出脉冲半高宽约200 ns,前沿约为55 ns,平顶约为100 ns。

100kV低阻抗非均匀集中参数Blumlein脉冲形成网络的研制

从工程实用角度出发，针对高压、高变比、低阻抗工作的脉冲变压器具有漏感大的特点，提出了要采用低阻抗集中参数非均匀电容脉冲形成网络的设计方法。采用传统设计和计算机模拟相结合，设计出了电压１００ｋＶ，阻抗１．４Ω的６级集中参数Ｂｌｕｍｌｅｉｎ型非均匀电容脉冲形成网络，缩短了输出脉冲前后沿，改善了脉冲波形，并成功地用于正在研制的５００ｋＶ长脉冲加速器中。

脉冲形成网络能量传递效率分析

采用无感陶瓷电容器作为储能介质,相邻电容器采用宽度为2 cm、厚度为0.2 cm的金属铝条相连接,设计了2.5Ω,200 ns低阻抗Blumlein型脉冲形成网络。理论计算表明,当频率等于2.5 MHz时,相邻电容器之间导线的高频电阻约为3.2 mΩ;基于Pspice仿真软件的模拟结果表明,设计的脉冲形成网络能量传递效率可以达到94.92%;实验研究结果表明,在2.6Ω负载条件下,该脉冲形成网络的电压传递效率约为93.53%,能量传递效率约为93.22%。实验结果与理论分析结果基本吻合。

Blumlein型宽平顶长脉冲形成网络研究

介绍了 Blum lein型低阻抗脉冲形成网络并研究了网络元件标称值偏离真实值对输出脉冲的影响。研究和实验结果表明 ,采用 Blumlein结构脉冲形成网络 ,可获得输出电压幅度等于充电电压的脉冲输出 ,脉冲电流达数 k A,脉冲平顶纹波波动 <± 1% ;当元件的真实值偏离标称值 5 %以内时对脉冲平顶的影响可以忽略。

基于脉冲变压器和脉冲形成网络的高压脉冲源

为了满足在高电压状态下对氧化锌陶瓷（ZnO）元件的检测需要,研制了一种基于脉冲变压器和脉冲形成网络（PFN）的,输出电压范围10-80kV可调,波形为近方波的高压脉冲源。根据实际研制过程,分别介绍了高压脉冲源的设计、仿真及系统电路构建。测试了高压脉冲源在标准负载（匹配）和氧化锌陶瓷负载上的输出情况。结果显示：脉冲顶降小于3%,顶部波动小于1.5%,前后沿指标均满足要求。因而,高压脉冲源可以用于氧化锌陶瓷的性能检测。

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。

基于色散光学的光波束形成网络

为了实现大波束指向范围和精细步进调节的光波束形成网络,采用了基于光学色散实现光真延时的方法。通过光开关实现N路高色散光纤路径切换获得大步进等延时差,实现了波束指向的大范围和大步进调节;通过调谐线性啁啾光纤光栅色散系数连续调谐获得小步进等延时差,实现了波束指向的小范围和小步进调节。结果表明,波束指向角度范围为-73.74°~+73.74°,切换步进为0.458°,基于光学色散原理可以实现光波束形成网络的大波束指向范围和精细步进调节。这一结果对优化相控阵天线系统设计是有帮助的。

地波超视距雷达接收天线阵的波束形成网络

给出了一个带自检装置的实际的 8单元均匀线天线阵的波束形成网络框图 ,讨论了该波束形成网络的工作原理 .提出了波束形成网络水平方向图的模拟测试方法 .并将实际网络的模拟测试结果与理论计算结果进行了比较 .对差波束模拟测试与理论计算结之间的 1 -2dB的差别进行了分析 .试验表明 :应用模拟测试结果对目标的水平方位角测量进行修正是有效的 .

基于巴特勒矩阵波束形成网络的快速原型设计

相控阵馈源(PAF)可以同时形成多个波束,有效扩大视场,提高扫描速度,是下一代射电望远镜的关键技术之一。波束形成网络是相控阵馈源的重要组成部分。为了使相控阵馈源的仿真结果误差更小,有必要把相控阵馈源和波束形成网络放在一起进行场路联合仿真。和有源相控阵相比,无源相控阵波束形成网络具有价格低廉、易于设计的优点。文中采用COMSOLMultiphysics多物理场仿真软件对巴特勒矩阵波束形成网络的原型设计进行仿真,相比于传统的电磁仿真软件,能极大减少建模和仿真时间,减小场路联合仿真的复杂性,更快地对相控阵馈源进行性能评估。

宽带和差双圆极化波束形成网络

提出了一种新型宽带8路双圆极化和差波束形成网络,推导了网络的基本原理并给出了设计实例。这种网络具有结构简单、对称性好、损耗低、幅相一致性好等优点,在电子对抗领域有广泛的应用前景。

变载脉冲形成网络的研究

提出了变阻抗负载脉冲形成网络的设想,给出了一种设计方案。通过电路模拟得到了较好的波形,实现了变载传输线的仿真。

低阻抗脉冲形成网络引线电感的模拟及实验研究

对2.5Ω,200ns低阻抗Blumlein型脉冲形成网络进行3维建模,利用有限元仿真软件,分别采用静电场分析方法及高频分析方法对开关端、负载端的电感进行模拟研究,结果表明:随着工作频率增大,引线电感值逐渐减小,工作频率为2.5MHz时,引线内电感可以忽略不计。此时模拟得到的引线电感要比静态模拟结果小10nH左右;两个开关并联工作时不仅要考虑引线自身的电感,还要考虑同步导通时互感的影响,且互感达到了自感的1/4。使用Pspice软件对模拟结果进行仿真,采用电磁屏蔽后输出波形前沿相对于屏蔽前输出波形前沿要小2.1ns。实验研究结果表明,采用电磁屏蔽前后输出波形的前沿分别为68.8,65.2ns,减小量与模拟结果基本吻合。

基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计

针对小型化紧凑型脉冲源的应用需求,开展了基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计技术研究。首先介绍了两节脉冲形成网络互耦电感解耦的条件,并根据常用的三种脉冲形成网络模型运用拉普拉斯变换推导出了相应的输出脉冲电流表达式,并利用准方波的Prony级数表达式,通过求解非线性方程组获得了准方波脉冲的解析表达式,进一步求解出各网络元件的参数。然后研究了电感耦合系数在电路中的影响,提出了利用互耦电感设计准方波脉冲形成网络的方法。模拟仿真结果表明:基于互耦电感的两节脉冲形成网络可获得输出波形质量较好的准方波脉冲输出。利用互耦电感这一巧妙设计,可以较方便地实现准方波脉冲形成网络的设计。

电热化学炮脉冲形成网络分析及其参数设计

对一种电热化学炮脉冲形成的网络（ＰＦＮ）进行了较为详细的分析和计算．提出了适用于网络参数设计的计算方法，并编制了相应的计算程序，对线性负载进行计算，得到了较好的结果．同时也考虑了非线性负载的情况，如果实用中有了适用的等离子体负载模型。

基于脉冲形成网络的超宽带脉冲产生与设计

分析了超宽带天线对冲击脉冲波形的要求。利用阶跃恢复二极管和微带传输线,通过延迟的方法设计并制作了超宽带双极脉冲发生器。根据超宽带脉冲发生器产生的脉冲参数,通过理论分析和时域有限差分法(FDTD)仿真,给出了一种微带脉冲形成网络的设计方法,并利用该方法成功地产生了纳秒级宽度的双极性超宽带窄脉冲信号。测量结果表明:经过脉冲形成网络产生的信号具有良好的波形,且拖尾振荡小,有利于提高天线的辐射效率。

基于单纯形优化法的准方波脉冲形成网络设计

脉冲形成网络常用于大功率固态调制器、微波驱动源以及激光激励源中,以便获取宽平顶的高压长脉冲输出。针对常用的雷利网络,根据宽平顶低纹波的应用需求,开展了优化设计技术研究,提出了基于单纯形优化法的设计算法。主要针对两种情形进行了优化设计及计算:一是电容值相等,通过优化电感值以获取最优的输出波形;二是约定电容值(电容值不完全相等),通过优化计算不同电容排列下的输出结果,寻求最优的电容排列组合及相应的优化电感值。上述优化算法结果表明,在两种情形下均可以获得较优的准方波脉冲输出,可以为准方波脉冲形成网络的工程实现提供一种新的方法。理论计算和电路仿真结果表明,所提出的方法合理可行。