基于PFN-Marx的紧凑型脉冲源研究

作     者：王张浩 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡标

授予年度：2023年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：脉冲形成网络 Marx发生器 气体火花开关 脉冲上升沿 

摘      要：高功率脉冲技术广泛应用于国防科研和很多其他高新技术研究领域,目前脉冲功率装置普遍存在体积大、重量重和辅助系统复杂、繁多等特点,为了推动脉冲功率技术的应用发展,脉冲功率源装置的小型化、紧凑化研究是当前高功率脉冲功率技术重要发展方向,尤其是当脉冲功率源装置应用于高功率微波应用平台尤为重要。本文旨在设计一种高功率相对论真空器件用基于PFN-Marx的紧凑型脉冲源,该装置采用陶瓷电容器作为储能元件,铜带作为连接电感,气体开关作为电路连通开关,通过PFN-Marx电路连接方式实现并联充电、串联放电,最终形成高电压脉冲驱动相对论真空器件产生高功率微波。1、首先分析了兼顾脉冲成形与电压倍增的基于PFN-Marx的脉冲源产生方波脉冲的基本原理,理论推导出单级PFN网络的充放电过程,得到匹配负载上输出脉冲宽度和幅值特性,密切相关于PFN单元的电容、电感及充电电压。2、通过对不同类型开关静电场模型进行仿真,分析其开关击穿特性,研究发现圆柱平球头电极和半球形电极组合而成的自击穿电极最为适合高功率、快上升前沿的要求。同时为了准确控制脉冲功率装的触发时序,整个脉冲功率源初级采用在圆柱平球头电极中心插入触发针作为外触发电极,从而实现多级Marx电路的同步击穿要求。3、重点设计了基于多节级联的PFN-Marx脉冲功率源的电路模型,兼顾实际应用进一步优化高功率脉冲源的输出特性。为了紧凑化脉冲功率源结构确定采用“之字形结构排布各级PFN单元以实现装置的小型化设计。4、为了验证设计方案的可行,根据实验室条件考虑,本文采用同样的设计原理实现5级PFN-Marx脉冲功率源,以此经济实惠地验证常规相对论真空器件用高功率脉冲功率源设计方案,为紧凑型脉冲功率应用系统的实用研究奠定基础。