一种基于玻纤板的单级和多级脉冲形成线及其感应叠加器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于玻纤板的单级和多级脉冲形成线及其感应叠加器，包括：MOSFET驱动电路、MOSFET开关、玻纤板基材、若干层覆铜电极；MOSFET驱动电路和MOSFET开关均焊接在玻纤板基材上表面；MOSFET驱动电路与MOSFET开关连接，用于驱动MOSFET开关；MOSFET开关与Blumlein脉冲形成线产生MHz重复频率、ns级脉宽的幅值数百伏的脉冲电压；利用层叠Blumlein脉冲电压叠加技术和感应电压叠加技术手段，实现叠加器MHz重复频率、ns级脉宽、数十kV幅值的脉冲电压输出；本发明专利技术中的感应电压叠加器可以产生MHz重复频率、ns级脉宽的高幅值的叠加电压输出，用于驱动电阻负载，也可以在二极管区产生高梯度电场，用于高能加速器电子束的引出。

A Single-stage and Multi-stage Pulse Forming Line Based on Glass Fiber Board and Its Induction Superposer

【技术实现步骤摘要】
一种基于玻纤板的单级和多级脉冲形成线及其感应叠加器
本专利技术涉及脉冲功率
，具体地，涉及一种基于玻纤板的单级和多级脉冲形成线及其感应叠加器。
技术介绍
脉冲功率技术的发展趋势是高峰值功率、高重复频率、固态模块化、紧凑小型化等方向。高峰值功率装置的特点是单次运行、高电压和大电流，它可为负载提供极高的峰值功率和极高的能量密度。主要应用在高能量密度物理、高强度辐射源、电磁发射和强脉冲激光等领域。目前，制约高峰值功率技术发展的瓶颈是高峰值功率开关技术和材料绝缘性等方面。高重复频率脉冲功率装置的特点是高占空比、高平均功率以及高能量利用效率，主要用于高新技术武器、高能加速器和工业环保等领域。高重复频率脉冲功率装置对高平均功率的开关提出了较高的技术要求，面临的技术障碍包括冷却、效率、可靠性等方面。固态模块化、紧凑小型化的脉冲功率装置通常容易维护、稳定可靠性较高、机动性强、重量轻便、具有可扩展性，且容易实现商品化和批量生产，因此在高新技术武器、工业化应用和高梯度加速器等领域具有巨大的应用前景。通常而言，利用脉冲功率技术单独产生高梯度电场、或者MHz重复频率电压、或者ns级脉宽的脉冲电压都有相应的技术手段，如利用感应电压叠加原理在二极管间隙处产生高梯度电场(受高压开关限制，通常只能单次或者极低重复频率工作)，利用低压射频MOSFET固态开关产生MHz重复频率脉冲电压(一般只有几百伏电压输出)，利用脉冲形成线技术产生ns级脉宽的脉冲电压，这些技术都是很成熟的技术，也相对容易实现。但要同时产生MHz重复频率、ns级脉宽的高梯度电场，目前还没有相应的技术报道。
技术实现思路
在某些高能电子加速器中，既要利用MHz重复频率的脉冲电源实现束流的高平均功率，又要依靠高梯度电场来减小束流的初始发射度。同时受材料绝缘的限制，为了实现高梯度电场又需要降低脉冲电压的脉宽，且越窄越好(依据马丁经验公式V＝Vt.(τt/τ)0.2，脉冲电压的脉宽越窄，材料的闪络场强越高)。因此如何设计高重复频率脉冲电源，产生高梯度电场来实现电子束低初始发射度是高能电子加速器关注点之一。本专利技术提出了一种玻纤板多级层叠Blumlein脉冲形成线的感应电压叠加器，可实现高梯度电场。本专利技术利用射频MOSFET开关的MHz重复频率特点，结合固态脉冲形成线ns级脉冲产生技术、多级层叠Blumlein脉冲形成线电压叠加技术和感应电压叠加技术实现MHz重复频率、ns级脉宽的高梯度电场的产生。本申请提供了一种单级Blumlein脉冲形成线，利用射频MOSFET开关可MHz重复频率工作、具有ns级前沿及抖动的特点，结合ns级脉宽平板Blumlein脉冲形成线技术，可以产生MHz重复频率、ns级脉宽，幅值为数百伏至一千伏的脉冲电压。所述Blumlein脉冲形成线包括：MOSFET驱动电路、MOSFET开关、玻纤板基材、若干层覆铜电极；MOSFET驱动电路和MOSFET开关均焊接在玻纤板基材上表面；MOSFET驱动电路与MOSFET开关连接，用于驱动MOSFET开关；MOSFET开关的地电极与Blumlein脉冲形成线的第1层覆铜电极连接；MOSFET开关的输出高压电极与Blumlein脉冲形成线的第2层覆铜电极连接；若干层覆铜电极中的一部分覆铜电极被压制在玻纤板基材的内部，若干层覆铜电极中的另一部分覆铜电极被印制在玻纤板基材的表面。其中，覆铜电极的层数为3层。其中，MOSFET开关的输出地电极与Blumlein脉冲形成线的第1层覆铜电极在Blumlein脉冲形成线的输入端处连接；MOSFET开关的输出高压电极与Blumlein脉冲形成线的第2层覆铜电极在Blumlein脉冲形成线的输入端处连接。其中，玻纤板基材为电极之间的储能介质。其中，3层覆铜电极中的中间覆铜电极被压制在玻纤板基材的内部，3层覆铜电极中的另外两层覆铜电极被印制在玻纤板基材的表面。本申请还提供了一种多级层叠Blumlein脉冲形成线，所述的多级层叠Blumlein脉冲形线由N个前面所述的单级Blumlein脉冲形成线层叠而成，N为大于或等于2的整数，它具有单级Blumlein脉冲形成线的特点，结合多级层叠Blumlein脉冲形成线技术，可以产生MHz重复频率、ns级脉宽，幅值为2.5-3kV的脉冲电压。第一级Blumlein脉冲形成线的MOSFET开关M1的输出地电极与多级层叠Blumlein脉冲形成线的第1层电极在第一级Blumlein脉冲形成线的输入端连接，M1的输出高压电极与多级层叠Blumlein脉冲形成线的第2层电极在第一级Blumlein脉冲形成线的输入端连接；第二级Blumlein脉冲形成线的MOSFET开关M2的输出地电极与多级层叠Blumlein脉冲形成线的第3层电极在第二级Blumlein脉冲形成线的输入端连接，M2的输出高压电极与多级层叠Blumlein脉冲形成线的第4层电极在第二级Blumlein脉冲形成线的输入端连接；N个Blumlein脉冲形成线以此类推层叠形成多级层叠Blumlein脉冲形成线；其中，第3层电极压制有第一级Blumlein脉冲形成线的一个电极和第二级Blumlein脉冲形成线的一个电极；第5层电极压制有第二级Blumlein脉冲形成线的一个电极和第三级Blumlein脉冲形成线的一个电极；第7层电极压制有第三级Blumlein脉冲形成线的一个电极和第四级Blumlein脉冲形成线的一个电极，以此类推；由2N+1层电极构成的N级层叠Blumlein脉冲形成线在输出端接有负载，负载接于第1层电极与第2N+1层电极的输出端。其中，所述多级层叠Blumlein脉冲形成线具体为四级层叠Blumlein脉冲形成线。本申请还提供了一种感应电压叠加器，它具有本专利技术所述的多级层叠Blumlein脉冲形成线的MHz重复工作频率及ns级脉宽的特点，结合感应电压叠加技术，可以输出MHz重复频率、ns级脉宽，幅值为十几kV至数十kV的脉冲电压(幅值由感应电压叠加器的级数决定)，进而产生数十kV/mm的高梯度电场，用于高能加速器电子束的引出。所述感应电压叠加器包括：若干个前面所述的多级层叠Blumlein脉冲形成线和相应个数的磁芯感应腔；其中，每个多级层叠Blumlein脉冲形成线的输出端接有穿过磁芯的导线或感应腔，独立驱动一个磁芯感应腔；一个多级层叠Blumlein脉冲形成线和一个对应的磁芯感应腔构成一个感应电压组元；若干个感应电压组元通过中心叠加杆串接，使每级感应电压组元的输出电压逐级叠加，最终在由阴阳极构成的二极管负载区形成高梯度电场。其中，磁芯感应腔为多级层叠Blumlein脉冲形成线的负载。其中，叠加杆穿过每一个磁芯感应腔。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：由于采用了可工作在MHz重复频率的射频MOSFET开关，它兼具ns级前沿的特点，结合ns级脉宽玻纤板Blumlein脉冲形成线技术，可以产生MHz重复频率、ns级脉宽，幅值为数百伏至一千伏的脉冲电压；脉冲电压经多级层叠Blumlein脉冲形成线技术实现第一次叠加，其重复频率为MHz、脉宽为ns量级，幅值为2.5-3kV；多级层叠Blumlein脉冲形成线输出的脉冲电压再经感应电压叠加技术实现第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于玻纤板的单级脉冲形成线，其特征在于，所述单级脉冲形成线包括：MOSFET驱动电路、MOSFET开关、玻纤板基材、若干层覆铜电极；MOSFET驱动电路和MOSFET开关均焊接在玻纤板基材上表面；MOSFET驱动电路与MOSFET开关连接，用于驱动MOSFET开关；MOSFET开关的地电极与Blumlein脉冲形成线的第1层覆铜电极连接；MOSFET开关的输出高压电极与Blumlein脉冲形成线的第2层覆铜电极连接；若干层覆铜电极中的一部分覆铜电极被压制在玻纤板基材的内部，若干层覆铜电极中的另一部分覆铜电极被印制在玻纤板基材的表面。

【技术特征摘要】
1.一种基于玻纤板的单级脉冲形成线，其特征在于，所述单级脉冲形成线包括：MOSFET驱动电路、MOSFET开关、玻纤板基材、若干层覆铜电极；MOSFET驱动电路和MOSFET开关均焊接在玻纤板基材上表面；MOSFET驱动电路与MOSFET开关连接，用于驱动MOSFET开关；MOSFET开关的地电极与Blumlein脉冲形成线的第1层覆铜电极连接；MOSFET开关的输出高压电极与Blumlein脉冲形成线的第2层覆铜电极连接；若干层覆铜电极中的一部分覆铜电极被压制在玻纤板基材的内部，若干层覆铜电极中的另一部分覆铜电极被印制在玻纤板基材的表面。2.根据权利要求1所述的基于玻纤板的单级脉冲形成线，其特征在于，覆铜电极的层数为3层。3.根据权利要求1所述的基于玻纤板的单级脉冲形成线，其特征在于，MOSFET开关的输出地电极与Blumlein脉冲形成线的第1层覆铜电极在Blumlein脉冲形成线的输入端处连接；MOSFET开关的输出高压电极与Blumlein脉冲形成线的第2层覆铜电极在在Blumlein脉冲形成线的输入端处连接。4.根据权利要求1所述的基于玻纤板的单级脉冲形成线，其特征在于，玻纤板基材为电极之间的储能介质。5.根据权利要求1所述的基于玻纤板的单级脉冲形成线，其特征在于，3层覆铜电极中的中间覆铜电极被压制在玻纤板基材的内部，3层覆铜电极中的另外两层覆铜电极被印制在玻纤板基材的表面。6.一种基于玻纤板的多级脉冲形成线，其特征在于，所述多级脉冲形成线由N个权利要求1-5中任意一个所述的单级脉冲形成线层叠而成，N为大于或等于2的整数；第一级Blumlein脉冲形成线的MOSFET开关M1的输出地电极与多级层叠Blumlein脉冲形成线的第1层电极在第一级Blumlein脉冲形成线的输入端连接，M1的输出高压电极与多级层叠Blumlein脉冲形成线的第2层电极在第一级Blum...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌怡，王卫，刘毅，叶茂，张篁，夏连胜，黄子平，龙继东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51