本发明专利技术公开了一种纳秒宽谱脉冲产生装置以及产生方法，包括低阻线、U1开关、高阻‑低阻组合线、U2开关、短路‑锐化开关组合线、U4开关和传输线，所述的短路‑锐化开关组合线上设置有U3开关；所述的低阻线为圆柱筒型；所述的高阻‑低阻组合线为阶梯轴型，高阻‑低阻组合线的小端靠近低阻线，高阻‑低阻组合线的大端直径小于低阻线的直径，高阻‑低阻组合线内筒的大端内设置有圆柱孔；所述的短路‑锐化开关组合线为直径小于高阻‑低阻组合线大端的圆柱筒型。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术能够产生高功率、高中心频率的纳秒宽谱脉冲，满足宽谱源在大范围、远距离、产生大能量、高功率所需的要求。
A nanosecond wide-spectrum pulse generator and its generation method
【技术实现步骤摘要】
一种纳秒宽谱脉冲产生装置以及产生方法
本专利技术涉及高功率微波
，具体是一种纳秒宽谱脉冲产生装置以及产生方法。
技术介绍
介于窄带与超宽带间的宽谱电磁脉冲具有较宽的频谱分布和较高的频谱功率密度，其独特的频谱特征在一定程度上弥补了超宽带高功率微波频谱功率密度过低和窄带频带覆盖范围过窄的不足。近年来，宽谱高功率微波技术在国内外得到了较快的发展，基于小型化紧凑型脉冲功率技术研制的宽谱高功率微波系统，机动性能好。宽谱频段是常规电子设备后门耦合效率较高的频率范围。而且相对于超宽带频谱和窄带频谱来说，宽带频谱具有较高的谱功率密度。随着宽谱高功率微波关键技术和效应机理研究的不断深入，宽谱高功率微波系统在高效率、小型化和实用化方面表现出了巨大的发展潜力。利用传统的方式产生宽谱振荡在功率和中心频率上面受到限制，目前的纳秒宽谱脉冲产生装置产生的功率一般比较低、中心频率一般在300MHz左右。高的中心频率一方面对有些效应物的作用效果更好；另一方面辐射同样的功率，频率高天线的体积会更小，利于系统的小型化。文章“非匹配传输线型宽谱振荡器实验研究”（强激光与粒子束，2018年第30卷第5期，P005002），文中利用Marx为形成线充电，然后为宽谱振荡器充电产生的纳秒宽谱脉冲的中心频率为260MHz。文章“高功率宽谱开关振荡器”（强激光与粒子束，2012年第24卷第5期，P998），采用1/4波长开关同轴谐振器技术路线，实验得到的宽谱微波振荡频率为195MHz。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种纳秒宽谱脉冲产生装置以及产生方法，用于产生高功率、高中心频率的纳秒宽谱脉冲。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种纳秒宽谱脉冲产生装置，包括按电流流通方向依次设置的低阻线内筒、U1开关、高阻-低阻组合线内筒、U2开关、短路-锐化开关组合线内筒、U4开关和传输线，所述的短路-锐化开关组合线内筒上设置有U3开关；所述的低阻线内筒为圆柱筒型；所述的高阻-低阻组合线内筒为阶梯轴型，高阻-低阻组合线内筒的小端靠近低阻线内筒，高阻-低阻组合线内筒的大端内设置有圆柱孔；所述的短路-锐化开关组合线内筒为圆柱筒型，所述的U3开关为设置在短路-锐化开关组合线内筒外表面的同轴圆环与短路-锐化开关组合线内筒之间的间隙；所述的U1开关、U2开关和U4开关均为电压能够击穿的间隙。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的U1开关为环形开关，U1开关的直径大于高阻-低阻组合线内筒的小端直径且小于低阻线内筒的直径。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的U2开关为环形开关，U2开关的直径等于高阻-低阻组合线内筒的大端直径，所述的短路-锐化开关组合线内筒靠近高阻-低阻组合线内筒的一端设置有锥形开口，锥形开口的最大直径等于高阻-低阻组合线内筒的大端直径。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的短路-锐化开关组合线内筒与U3开关对应的位置设置有圆角凸起。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的低阻线内筒内筒3的外侧设置有低阻线外筒，所述的低阻线内筒与低阻线外筒之间填充有低阻线内筒填充介质；所述的高阻-低阻组合线内筒的外侧设置有高阻-低阻组合线外筒，所述的高阻-低阻组合线内筒与高阻-低阻组合线外筒之间填充有高阻-低阻组合线内筒填充介质；所述的短路-锐化开关组合线内筒的外侧设置有短路-锐化开关组合线外筒，所述的短路-锐化开关组合线内筒与短路-锐化开关组合线外筒之间填充有短路-锐化开关组合线内筒填充介质；所述的传输线的外侧设置有传输线外筒，所述的传输线与传输线外筒之间填充有传输线介质。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的U1开关、U2开关、U3开关和U4开关位于密封的高气压氮气中。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的低阻线内筒、高阻-低阻组合线内筒与短路-锐化开关组合线内筒内均填充有1010增强尼龙。一种纳秒宽谱脉冲产生方法，使低阻线内筒、高阻-低阻组合线内筒、短路-锐化开关组合线内筒和传输线间隔设置，间隔按顺序形成U1开关、U2开关和U4开关，所述的短路-锐化开关组合线内筒上设置有U3开关；所述的低阻线内筒为圆柱筒型；所述的高阻-低阻组合线内筒为阶梯轴型，高阻-低阻组合线内筒的小端靠近低阻线内筒，高阻-低阻组合线内筒的大端内设置有圆柱孔；所述的短路-锐化开关组合线内筒为圆柱筒型，所述的U3开关为设置在短路-锐化开关组合线内筒外表面的同轴圆环与短路-锐化开关组合线内筒之间的间隙；使用高压脉冲电源对低阻线内筒进行充电，当低阻线内筒充电到最大值时U1开关导通，低阻线内筒对高阻-低阻组合线内筒进行充电；当高阻-低阻组合线内筒充电到最大值时U2开关导通，高阻-低阻组合线内筒对短路-锐化开关组合线内筒进行充电；当短路-锐化开关组合线内筒充电到最大值时，U3开关和U4开关同时导通并形成纳秒宽谱脉冲，纳秒宽谱脉冲通过传输线输出。本方案所取得的有益效果是：（1）利用本方案所要求保护的装置或方法能够产生高功率、高中心频率的纳秒宽谱脉冲，满足宽谱源在大范围、远距离、产生大能量、高功率所需的要求；（2）通过填充1010增强尼龙能够缩短形成线的长度、增加绝缘距离、提高功率容量；（3）通过填充介质，能够提高低阻线、高阻-低阻组合线和短路-锐化开关组合线的安装精度以及同轴度，提高开关的导通一致性；（4）通过使用高阻-低阻组合线，能够使充电电压在高阻-低阻线之间的反射与透射，提高低阻线的充电电压。附图说明图1为纳秒宽谱脉冲产生装置的结构示意图；图2为纳秒宽谱脉冲产生装置的电路图；图3为纳秒宽谱脉冲输出波形图；图4为纳秒宽谱脉冲频谱图。其中：1-低阻线外筒，2-低阻线填充介质，3-低阻线内筒，4-U1开关，5-高阻-低阻组合线外筒，6-高阻-低阻组合线填充介质，7-高阻-低阻组合线内筒，8-U2开关，9-U3开关，10-短路-锐化开关组合线填充介质，11-短路-锐化开关组合线内筒，12-U4开关，13-低阻线部分，14-高阻-低阻组合线部分，15-纳秒宽谱脉冲形成部分，16-传输线内筒，17-短路-锐化开关组合线外筒，18-传输线外筒，19-传输线介质。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：如图1所示，本实施例中，一种纳秒宽谱脉冲产生装置，包括按电流流通方向依次设置的低阻线内筒3、U1开关4、高阻-低阻组合线内筒7、U2开关8、短路-锐化开关组合线内筒11、U4开关12和传输线16，所述的短路-锐化开关组合线内筒11上设置有U3开关9。所述的低阻线内筒3为圆柱筒型。所述的高阻-低阻组合线内筒7为阶梯轴型，高阻-低阻组合线内筒7的小端靠近低阻线内筒3，高阻-低阻组合线内筒7的大端直径小于低阻线内筒3的直径，高阻-低阻组合线内筒7的大端内设置有圆柱孔。所述的短路-锐化开关组合线内筒11为直径小于高阻-低阻组合线内筒7大端的圆柱筒型，高阻-低阻组合线内筒7的外侧设置有与高阻-低阻组合线内筒7同轴的圆环，圆环的内径大于高阻-低阻组合线内筒7的外径，高阻-低阻组合线内筒7与圆环之间形成U3开关9。所述的U1开关4、U2开关8和U4开关12均为电压能够击穿的间隙。所述的U1开关4为环形开关，U1开关4的直径大于高阻-低阻组合线内筒7的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳秒宽谱脉冲产生装置，其特征在于：包括按电流流通方向依次设置的低阻线内筒（3）、U1开关（4）、高阻‑低阻组合线内筒（7）、U2开关（8）、短路‑锐化开关组合线内筒（11）、U4开关（12）和传输线（16），所述的短路‑锐化开关组合线内筒（11）上设置有U3开关（9）；所述的低阻线内筒（3）为圆柱筒型；所述的短路‑锐化开关组合线内筒（11）为圆柱筒型，所述的U3开关（9）为设置在短路‑锐化开关组合线内筒（11）外表面的同轴圆环与短路‑锐化开关组合线内筒（11）之间的间隙；所述的U1开关（4）、U2开关（8）、U3开关（9）和U4开关（12）均为电压能够击穿的间隙。
【技术特征摘要】
1.一种纳秒宽谱脉冲产生装置，其特征在于：包括按电流流通方向依次设置的低阻线内筒（3）、U1开关（4）、高阻-低阻组合线内筒（7）、U2开关（8）、短路-锐化开关组合线内筒（11）、U4开关（12）和传输线（16），所述的短路-锐化开关组合线内筒（11）上设置有U3开关（9）；所述的低阻线内筒（3）为圆柱筒型；所述的短路-锐化开关组合线内筒（11）为圆柱筒型，所述的U3开关（9）为设置在短路-锐化开关组合线内筒（11）外表面的同轴圆环与短路-锐化开关组合线内筒（11）之间的间隙；所述的U1开关（4）、U2开关（8）、U3开关（9）和U4开关（12）均为电压能够击穿的间隙。2.根据权利要求1所述的一种纳秒宽谱脉冲产生装置，其特征在于：所述的U1开关（4）为环形开关，U1开关（4）的直径大于高阻-低阻组合线内筒（7）的小端直径且小于低阻线内筒（3）的直径。3.根据权利要求1所述的一种纳秒宽谱脉冲产生装置，其特征在于：所述的U2开关（8）为环形开关，U2开关（8）的直径等于高阻-低阻组合线内筒（7）的大端直径，所述的短路-锐化开关组合线内筒（11）靠近高阻-低阻组合线内筒（7）的一端设置有锥形开口，锥形开口的最大直径等于高阻-低阻组合线内筒（7）的大端直径。4.根据权利要求1所述的一种纳秒宽谱脉冲产生装置，其特征在于：所述的短路-锐化开关组合线内筒（11）与U3开关（9）对应的位置设置有圆角凸起。5.根据权利要求1、2、3、4中任一项所述的一种纳秒宽谱脉冲产生装置，其特征在于：所述的低阻线内筒（3）的外侧设置有低阻线外筒（1），所述的低阻线内筒（3）与低阻线外筒（1）之间填充有低阻线填充介质（2）；所述的高阻-低阻组合线内筒（7）的外侧设置有高阻-低阻组合线外筒（5），所述的高阻-低阻组合线内筒（7）与高阻-低阻组合线外筒（5）之间填充有高阻-低阻组合线填充...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁恩燕，陆巍，吴朝阳，杨周炳，鲍向阳，张晋琪，张运俭，金晖，李春霞，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51
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