一种三传输线型亚纳秒脉冲压缩装置
【图文】：
抗Z1=50Ω，峰值电压220kV，脉冲宽度5ns。由于其开关部分结构导致的阻抗不匹配等原因［10］，输出脉冲并不是一个理想的方波(如图2所示)，脉冲前沿远大于脉冲平顶，这会导致形成线FL3的充电压缩效果降低，，为了分析实际的脉冲压缩装置的工作状态建立了如图3所示电路模型来进行研究。图中FL11和FL12为Blumlein形成线的内外线，FL1'来源于阻抗及长度的不匹配所产生的延长段，电路中其余部分与图1中相同，图4为脉冲源的模拟输出波形，与实际波形(图2)较为接近。Fig．2OutputwaveformofpulsegeneratorCKP1000图2CKP1000输出波形Fig．3Actualcircuitofpulse-compressiondevice图3实际电路原理图Fig．4Simulatedwaveformofactualpulse图4按实际情况模拟的馈入脉冲Fig．5ChargingvoltageofpulseforminglineFL3vselectricallength图5FL3的充电电压随τ2的变化曲线为了装置的小型化考虑到与后端负载的匹配，选择形成线FL3的阻抗为Z3=50Ω，同时根据实际所需的亚纳秒脉冲宽度的要求以及考虑到开关的导通速度的影响，取FL3的电长度为τ3=0．33ns。基于此参数计算了FL3的充电电压随FL2的电长度及阻抗的变化曲线如图5～6所示。综合考虑压缩效率和装置的空间尺寸，取FL2的电长度τ2=4τ3=1．32ns，同时考虑到高阻传输线的绝缘击穿限制，取高阻线的阻抗Z2=200Ω。图7为压缩装置工作时FL3的充电及输出脉冲波形，由图可见充电时间约5ns，当馈入脉冲U0=200kV时，FL3上的最大充电电压为U3max=605kV，匹配传输线FL4上测得的输出脉冲宽度约850ps，输出电压300kV，此时脉冲压缩装置的功率增益G为2．25倍。3实验研究基于以上理论分析及仿真模拟的结果，在充分考虑高压绝缘?
文所设计的脉冲压缩装置是应用现有的CKP1000脉冲源展开实验研究的，其采用Blumlein型脉冲形成线，输出阻抗Z1=50Ω，峰值电压220kV，脉冲宽度5ns。由于其开关部分结构导致的阻抗不匹配等原因［10］，输出脉冲并不是一个理想的方波(如图2所示)，脉冲前沿远大于脉冲平顶，这会导致形成线FL3的充电压缩效果降低，为了分析实际的脉冲压缩装置的工作状态建立了如图3所示电路模型来进行研究。图中FL11和FL12为Blumlein形成线的内外线，FL1'来源于阻抗及长度的不匹配所产生的延长段，电路中其余部分与图1中相同，图4为脉冲源的模拟输出波形，与实际波形(图2)较为接近。Fig．2OutputwaveformofpulsegeneratorCKP1000图2CKP1000输出波形Fig．3Actualcircuitofpulse-compressiondevice图3实际电路原理图Fig．4Simulatedwaveformofactualpulse图4按实际情况模拟的馈入脉冲Fig．5ChargingvoltageofpulseforminglineFL3vselectricallength图5FL3的充电电压随τ2的变化曲线为了装置的小型化考虑到与后端负载的匹配，选择形成线FL3的阻抗为Z3=50Ω，同时根据实际所需的亚纳秒脉冲宽度的要求以及考虑到开关的导通速度的影响，取FL3的电长度为τ3=0．33ns。基于此参数计算了FL3的充电电压随FL2的电长度及阻抗的变化曲线如图5～6所示。综合考虑压缩效率和装置的空间尺寸，取FL2的电长度τ2=4τ3=1．32ns，同时考虑到高阻传输线的绝缘击穿限制，取高阻线的阻抗Z2=200Ω。图7为压缩装置工作时FL3的充电及输出脉冲波形，由图可见充电时间约5ns，当馈入脉冲U0=200kV时，FL3上的最大充电电压为U3max=605kV，匹配传输线FL4上测得的输出脉冲宽度约850ps，输出电压300kV，此时脉?
【作者单位】： 西北核技术研究所高功率微波技术重点实验室;
【分类号】：TN78
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