宽平顶高电压长脉冲形成技术研究

【摘要】： 脉冲形成网络是产生宽度达数微秒长脉冲的主要技术途径。本文介绍了利用Blumlein-PFN和Marx-PFN网络产生宽平顶长脉冲的原理、设计方法以及有关参数变化对脉冲波形的影响，经过数值模拟设计了实验装置并通过实验获得预期的脉冲输出。 通过对脉冲形成网络特性的研究，明确了各参数对网络输出阻抗、输出脉冲宽度等的影响，明确了Blumlein-PFN和Marx-PFN网络拓扑结构，为正确设计网络提供必备知识。 数值模拟研究结果表明：当元件的真实值偏离标称值5％以内时对脉冲平顶波动的影响可以忽略；电容内感的影响较大，因此，选择元件时应选择低感的脉冲电容器；接地线电感对Blumlein-PFN型结构输出脉冲平顶波动的影响比对Marx-PFN型结构要大得多；电感偏离设计值对输出脉冲平顶的影响相对于电容的偏离带来的影响大得多。 实验研究结果表明：采用Blumlein-PFN型脉冲形成网络可以在匹配负载上获得脉冲电压幅度等于充电电压幅度的高压输出，且脉冲平顶宽度和设计一致，脉冲平顶波动在参数选择的情况下小于±1％，脉冲宽度达3μs，且输出稳定。互感的存在有利于增加网络的带通宽度和输出阻抗，压制脉冲平顶的波动；采用Marx-PFN型脉冲形成网络可以在匹配负载上获得脉冲电压幅度增益为N／2的高压输出(N为Marx级数)，且脉冲平顶宽度和设计一致，脉冲平顶抖动在最佳参数选择的情况下小于1％，脉冲宽度达3μs，且输出稳定，脉冲前沿小于1μs；Blumlein-PFN型脉冲形成网络输出前沿较大，但可以采取一定的设计和工程方面的措施实现脉冲前沿小于0．5μs。