超紧凑型高压纳秒脉冲源制造技术

本发明专利技术公开了一种超紧凑型高压纳秒脉冲源，所述脉冲变压器设计变比为17，使用硅钢磁芯，含4个绕组，两初级绕组连接外部储能电源，两高压绕组连接同轴结构的高压电极；所述高压电极与外筒构成谐振电容；所述谐振电感采用漆包线在绝缘件上绕制，两端分别连接高压电极和纳秒脉冲形成线的内筒；所述纳秒脉冲形成线内筒的另一端过渡为球形，作为自击穿开关的一极，由自击穿开关调整充电电压；所述传输线采用单层同轴结构，将脉冲高压传输至负载。本发明专利技术的积极效果是：结构极为紧凑，输出脉冲宽度约4ns，电压最高800kV，总重量小于100kg，为脉冲硬X射线辐射场、高功率微波以及电磁脉冲等研究提供可移动的输出功率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种超紧凑型高压纳秒脉冲源，所述脉冲变压器设计变比为17，使用硅钢磁芯，含4个绕组，两初级绕组连接外部储能电源，两高压绕组连接同轴结构的高压电极；所述高压电极与外筒构成谐振电容；所述谐振电感采用漆包线在绝缘件上绕制，两端分别连接高压电极和纳秒脉冲形成线的内筒；所述纳秒脉冲形成线内筒的另一端过渡为球形，作为自击穿开关的一极，由自击穿开关调整充电电压；所述传输线采用单层同轴结构，将脉冲高压传输至负载。本专利技术的积极效果是：结构极为紧凑，输出脉冲宽度约4ns，电压最高800kV，总重量小于100kg，为脉冲硬X射线辐射场、高功率微波以及电磁脉冲等研究提供可移动的输出功率。【专利说明】超紧凑型高压纳秒脉冲源
本专利技术涉及快脉冲高电压产生技术，尤其涉及一种超紧凑型高压纳秒脉冲源。
技术介绍
快脉冲高电压产生技术是脉冲功率技术及其相关应用领域的核心研究内容。脉冲 源产生的高电压脉冲输出至真空电子束二极管、高功率微波负载和电磁脉冲负载等，可产 生相应的辐射脉冲，在闪光照相、高功率微波武器以及辐射和电磁脉冲效应等研究领域起 到至关重要的作用。 在很多应用条件下，需要脉冲源产生的电压幅度尽可能高（数百千伏至兆伏），时 间宽度尽可能小（几纳秒至几百皮秒），且结构紧凑易于移动。例如，产生峰值电压500kV 以上、时间宽度小于5ns的脉冲电压，加载至真空电子束二极管的阴阳极间，阴极靶面出射 电子束并加速轰击阳极靶，产生平均能量?lOOkeV、脉冲宽度小于5ns的超短脉冲硬X射 线，用于爆轰物理实验、等离子体内爆靶丸压缩等物理过程的瞬态透射图像诊断，或用于快 响应闪烁体对X射线的探测性能等的实验研究。 与本专利技术相关的现有技术包括： -、采用快Marx发生器技术，多个电容串联放电，可产生电压幅度数百kV、脉冲宽 度数十纳秒的脉冲电压。该技术存在的缺点是脉冲宽度无法达到纳秒量级，装置体积大。 二、采用脉冲变压器加形成线技术，如特斯拉变压器，可产生电压幅度数百kV、脉 冲宽度在纳秒量级的脉冲电压。该技术存在的缺点是，要在高压输出时实现可靠绝缘，需要 装置的体积大，难以移动。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供了一种超紧凑型高压纳秒脉冲源，结 构极为紧凑，输出脉冲宽度约4ns，总重量小于100kg，为脉冲硬X射线辐射场、高功率微波 以及电磁脉冲等研究提供可移动的输出功率。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超紧凑型高压纳秒脉冲源，其 特征在于：包括外筒和依次设置在外筒内的脉冲变压器、高压电极、谐振电感、纳秒脉冲形 成线、自击穿开关和传输线；所述脉冲变压器设计变比为17,使用硅钢磁芯，含4个绕组，高 压端过渡至同轴结构；所述高压电极由绝缘子与脉冲变压器进行高压隔离；所述谐振电感 采用漆包线在绝缘件上绕制而成，所述绝缘件的两端通过螺纹分别与高压电极和纳秒脉冲 形成线的内筒连接，所述纳秒脉冲形成线内筒的另一端过渡为球形，作为自击穿开关的一 极。 所述外筒包括外筒端部及依次连接的外筒磁芯段、外筒高压段、外筒形成线段和 外筒传输线段。 所述外筒端部与脉冲变压器相邻的面为内球面。 所述外筒磁芯段插入外筒高压段内部，二者紧密配合并使用胶圈密封。 所述外筒形成线段包括渐缩型过渡段和形成线直管段。 所述外筒传输线段包括渐缩型过渡段和传输线直管段。 所述脉冲变压器包括由铝质紧固件固定的磁芯组件。 所述磁芯组件包括四个相同尺寸的半月形磁芯；所述铝质紧固件的中间部位设置 有绕组绝缘子。 所述绕组绝缘子形状为3/4个纺锤形筒体，且表面有刻槽。 所述脉冲变压器的初次级线圈各两组，等效于两个变压器并联；两个初级绕组在 绕组绝缘子的两端绕制，使用带绝缘皮的导线分别绕制两匝，绕组的一端连接至输入电缆 接头，另一端连接至铝质紧固件作为接地端，两绕组绕线方向保证各自产生的磁场同向；两 个次级绕组使用铜质漆包线绕制，导线直径1mm，分别从绕组绝缘子的两端向中心各绕制 33. 5匝，在脉冲变压器的另一端面引出两个接头，焊接后接入高压电极，每匝漆包线均绕制 在绕组绝缘子的刻槽中，每隔一槽在槽底垫四根直径〇.8_的尼龙线，靠近磁芯侧面段每 隔一匝套一根塑料螺旋管，两绕组绕线方向保证各自产生的磁场同向。 与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：采用巧妙的变压器设计，独特的磁芯形状 和绕线方式实现了变压器的同轴输出，巧妙的绕组绝缘设计保证了变压器的绝缘性能。利 用三谐振变压技术，在增加脉冲形成线充电电压的同时，减小了变压器绕组和高压电极的 电压，保证脉冲源的可靠运行；解决了绝缘可靠性与装置紧凑性之间的矛盾，并基于单层同 轴脉冲形成线技术，实现4ns脉冲输出。 【专利附图】【附图说明】 本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中： 图1是高压纳秒脉冲源的原理图，其中C0为储能电容，SW1为氢闸管开关，TX1和 TX2为脉冲变压器的两对绕组分别组成的变压器，C1为谐振电容，L1为谐振电感，T1为脉 冲形成线，SW2为自击穿开关。 图2是高压纳秒脉冲源的整体结构图； 图3是脉冲变压器结构图； 图4是高压电极和绝缘子的结构图； 图5是纳秒脉冲形成线和自击穿开关的结构图； 图6是谐振电容（矩形）和纳秒脉冲形成线的充电电压理论波形图。 【具体实施方式】 现结合实施例和附图对本专利技术作进一步阐述： 如图2所示，本实施例包括：由磁芯1、绕组绝缘子7及绕组14和紧固件15组成 的脉冲变压器、高压电极2、谐振电感3、纳秒脉冲形成线4、自击穿开关5、将脉冲传输至负 载的传输线6以及装置壳体，壳体包括外筒端部9、外筒磁芯段10、外筒高压段11、外筒形成 线段12和外筒传输线段13。 脉冲变压器结构如图3所示。其磁芯1包含4个相同尺寸的半月形磁芯组件，通 过错质紧固件固定。组件采用厚〇. 〇8_、宽64mm的娃钢薄带绕制，卷绕厚度27_。4个磁 芯的总有效截面积为61. 7cm2,提供的最大伏秒数为9. 5mVs。铝紧固件的中间部位放置有 机玻璃加工的绕组绝缘子，其形状为3/4个纺锤形筒体，表面刻槽以便绕制线圈。 变压器的初次级线圈各两组，等效于两个变压器并联。两个初级绕组在绝缘子的 两端绕制，使用带绝缘皮的导线（内部为7根 【权利要求】1. 一种超紧凑型高压纳秒脉冲源，其特征在于：包括外筒和依次设置在外筒内的脉冲 变压器、高压电极、谐振电感、纳秒脉冲形成线、自击穿开关和传输线；所述脉冲变压器变比 为17,采用硅钢磁芯，含4个绕组，高压端过渡至同轴结构；所述高压电极由绝缘子与脉冲 变压器进行高压隔离；所述谐振电感采用漆包线在绝缘件上绕制而成，所述绝缘件的两端 通过螺纹分别与高压电极和纳秒脉冲形成线的内筒连接，所述纳秒脉冲形成线内筒的另一 端过渡为球形，作为自击穿开关的一极。2. 根据权利要求1所述的超紧凑型高压纳秒脉冲源，其特征在于：所述外筒包括外筒 端部及依次连接的外筒磁芯段、外筒高压段、外筒形成线段和外筒传输线段。3. 根据权利要求2所述的超紧凑型高压纳秒脉冲源，其特征在于：所述外筒端部与脉 冲变压器相邻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超紧凑型高压纳秒脉冲源，其特征在于：包括外筒和依次设置在外筒内的脉冲变压器、高压电极、谐振电感、纳秒脉冲形成线、自击穿开关和传输线；所述脉冲变压器变比为17，采用硅钢磁芯，含4个绕组，高压端过渡至同轴结构；所述高压电极由绝缘子与脉冲变压器进行高压隔离；所述谐振电感采用漆包线在绝缘件上绕制而成，所述绝缘件的两端通过螺纹分别与高压电极和纳秒脉冲形成线的内筒连接，所述纳秒脉冲形成线内筒的另一端过渡为球形，作为自击穿开关的一极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周林，梁川，李名加，张建华，祁建敏，王文川，张德，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51