高介电常数复合介质固态Blumlein线研究

作     者：陈德彪 

作者单位：中国工程物理研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘承俊;夏连胜

授予年度：2006年

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：高介复合介质 带状固态Blumlein线 光导半导体开关 小型化 

摘      要：近年来，许多应用要求脉冲功率源小型化(紧凑、轻便)，因此固态介质脉冲形成线的发展日益受到重视。例如新型的介质壁加速器(DWA)为实现高加速梯度及紧凑化，正在发展不同形式的固态介质带状Blumlein线。本论文利用国内正在研制的高介电常数陶瓷聚合物复合介质和砷化镓光导半导体开关，开展了固态带状Blumlein脉冲形成线的设计和实验研究。论文内容主要包括以下两个方面： 一、高介电常数复合介质的参数测量和高介电常数复合介质固态带状Blumlein线设计。设计包括固态Blumlein线的几何结构、开关、耐压等设计及此设计下的静电场分布、脉冲形成模拟。 二、实验研究。分别对以相对介电常数为95和225的陶瓷聚合物复合介质作为储能介质的固态带状Blumlein线进行脉冲形成研究和耐压实验研究。研究了这两种不同介电常数介质的Blumlein线在不同开关、不同电压等条件下的脉冲形成特性。耐压实验分别对材料小样品和两种Blumlein线的耐压性能作了较为深入的研究。 通过研究，得出以下结论： 1、所研究的陶瓷聚合物复合介质介电常数高达100～250，介质损耗角正切小于0.01，直流电压下介质体击穿电场强度大于100kV／cm，即此陶瓷聚合物复合介质材料具有大大高于去离子水和变压器油等介质的储能密度和良好的耐压性能及低损耗特性。另外陶瓷聚合物复合介质具有优良的高频性能和频率稳定性，因此具有取代去离子水、变压器油等介质作为脉冲形成线储能介质的应用前景。 2、采用高介电常数陶瓷聚合物复合介质为储能材料，以低导通电感、低导通电阻的GaAs光导半导体开关作为开关的带状Blumlein型脉冲形成线得到了较为理想的电压脉冲，平顶波动小于±1％。如果配以工作电压更高的低导通电感、低导通电阻的开关，采用高介电常数的陶瓷聚合物复合介质作为储能材料的脉冲形成线具有输出较理想的高压高功率脉冲的能力。通过高介电常数陶瓷聚合物复合介质作为储能材料的固态带状Blumlein型脉冲形成线获得高压大功率脉冲是可行的。