一種矩形脈沖發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種矩形脈沖發(fā)生器，包括：矩形脈沖形成線T1、脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3，所述矩形脈沖形成線T1的外皮上一端連接到脈沖功率合成傳輸線T2的內芯，另一端連接到脈沖功率合成傳輸線T3的內芯，所述脈沖功率合成傳輸線T2另一端的內芯連接到所述脈沖功率合成傳輸線T3另一端的外皮，所述脈沖功率合成傳輸線T3與脈沖功率合成傳輸線T2連接一端的內芯連接輸出負載；本實用新型提升了現(xiàn)有窄脈寬矩形脈沖發(fā)生器的性能，簡單的線路結構提高了發(fā)生器的可靠性?？蓮V泛應用于微細電化學加工、電火花加工等精細化加工、超輻射及激光器驅動系統(tǒng)等領域要求。
【專利說明】
一種矩形脈沖發(fā)生器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及脈沖產生技術領域，尤其是涉及一種矩形脈沖發(fā)生器。
【背景技術】
[0002]矩形納秒脈沖是指輸出波形持續(xù)時間為納秒且具有平頂的電磁信號。矩形納秒脈沖的特性由脈沖前后沿時間、脈沖半高寬、矩形度、脈沖重復頻率等參數表征。隨著微細電化學加工、電火花加工等精細化加工、超輻射及激光器的發(fā)展，脈沖矩形納秒脈沖涌現(xiàn)出大量的應用需求，且朝著高重頻、窄脈寬方向發(fā)展。矩形脈沖可以通過脈沖形成網絡(PFN)或者傳輸線產生矩形脈沖，但是要產生幾十納秒寬帶以下的矩形脈沖，F(xiàn)PN難于勝任。因此，國內外大多采用傳輸線來產生納秒級的矩形脈沖。經過多年發(fā)展，國內外傳輸線產生納秒矩形脈沖發(fā)展為兩類，一類為傳輸線類，根據傳輸線末端連接方式，主要分為2種方式。一為傳輸線末端自行斷開，如單線的一端斷路結構，雙線的blumlein線的一根線末端短路或者斷路結構;二為傳輸線末端用電路斷開，以解決末端自行斷開時的波形后沿拖尾問題。這兩種方式產生的矩形波形在效率、分布參數控制及結構上三者很難達到一個較好值。對于單線來說，在同樣供電下，輸出電壓功率低于雙線；而雙線則因結構方式使得分布參數控制較難，脈沖越窄波形特性越差;對電路斷開來說，因為要增加一組開關，同時需要復雜的匹配線路，因此系統(tǒng)結構復雜。為此，為了提高脈沖的輸出質量及可靠性，各國都在極力研發(fā)新型的脈沖發(fā)生線路。在矩形納秒脈沖的線路及開關研究方面，美國、俄羅斯、日本及歐洲國家做得較為深入。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種幾十納秒寬帶以下矩形納秒脈沖發(fā)生器，提升現(xiàn)有窄脈寬矩形脈沖發(fā)生器的性能，提高了發(fā)生器的可靠性?？蓮V泛應用于微細電化學加工、電火花加工等精細化加工、超輻射及激光器驅動系統(tǒng)等領域要求。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]—種矩形脈沖發(fā)生器，包括:矩形脈沖形成線Tl、脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3，所述矩形脈沖形成線Tl、脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3均包括內芯和纏繞在內芯表面的外皮；
[0006]所述矩形脈沖形成線Tl內芯兩端連接到開關K的同一端，開關K的另一端連接到地電位，矩形脈沖形成線Tl 一端的內芯連接到充電電源，
[0007]所述矩形脈沖形成線Tl的外皮上一端連接到脈沖功率合成傳輸線T2的內芯，另一端連接到脈沖功率合成傳輸線T3的內芯，
[0008]所述脈沖功率合成傳輸線T2另一端的內芯連接到所述脈沖功率合成傳輸線T3另一端的外皮，
[0009]所述脈沖功率合成傳輸線T3與脈沖功率合成傳輸線T2連接一端的內芯連接輸出負載，
[0010]所述一脈沖功率合成傳輸線、脈沖功率合成傳輸線的外皮均連接到地電位。
[0011]在上述技術方案中，所述脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3的長度、阻抗相等。
[0012]在上述技術方案中，所述脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3的長度大于矩形脈沖形成線Tl的長度。
[0013]在上述技術方案中，所述脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3外皮上的地電位與開關K的地電位為等電位點焊接于同一點。
[0014]在上述技術方案中，所述矩形脈沖形成線Tl與充電電源之間連接有限流隔離電阻。
[0015]—種矩形脈沖發(fā)生器產生脈沖的方法，
[0016]通過充電電源給矩形脈沖形成線Tl進行充電，然后斷開開關K，
[0017]在矩形脈沖形成線Tl的兩端的外皮上產生兩個相同的矩形納秒脈沖，
[0018]兩個脈沖同時饋入到脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3的內芯，通過在脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3上的傳輸，在脈沖功率合成傳輸線(T3)的另一端內芯上實現(xiàn)脈沖功率的合成并輸出。
[0019]在上述技術方案中，所述矩形納秒脈沖的寬度由矩形脈沖形成線Tl的長度決定。
[0020]在上述技術方案中，所述矩形納秒脈沖的寬度的寬度值為矩形脈沖形成線Tl的延遲時間。
[0021]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是:提供幾十納秒寬帶以下矩形納秒脈沖的實現(xiàn)方式，提升了現(xiàn)有窄脈寬矩形脈沖發(fā)生器的性能，簡單的線路結構提高了發(fā)生器的可靠性?？蓮V泛應用于微細電化學加工、電火花加工等精細化加工、超輻射及激光器驅動系統(tǒng)等領域要求。
【附圖說明】
[0022]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0023]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的矩形脈沖發(fā)生器，主要由兩部分組成，一是矩形脈沖形成線Tl，脈沖形成線Tl由內芯和纏繞在內芯上的外皮組成，內芯為充電正極，內芯的兩端共同連接到開關K的一端，開關K的另一端連接到地電位。矩形脈沖形成線Tl內芯其中一端連接充電電源，矩形脈沖形成線Tl與充電電源之間連接一個限流及隔離電阻Re，電阻Re為矩形脈沖形成線Tl的充電限流電阻，通過它可以限定最大充電電流；同時當開關K斷開時，可以隔離矩形脈沖形成線Tl兩端產生的脈沖對電源的沖擊。
[0026]本發(fā)明的另一部分是功率合成部分，該部分包括兩根傳輸線脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3，兩根傳輸線的結構與矩形脈沖形成線相同；矩形脈沖形成線Tl一端的外皮連接脈沖功率合成傳輸線T2的內芯，矩形脈沖形成線Tl另一端的外皮連接脈沖功率合成傳輸線T3的內芯，脈沖功率合成傳輸線T2、脈沖功率合成傳輸線T3的另一端通過導線連接在一起。導線一端連接到脈沖功率合成傳輸線Τ2的內芯，另一端連接到脈沖功率合成傳輸線Τ3的外皮。在脈沖功率合成傳輸線Τ3連接導線一端的內芯上連接輸出負載。
[0027]本發(fā)明中，脈沖功率合成傳輸線Τ2、脈沖功率合成傳輸線Τ3的外皮上分別連接到地電位，這個地電位與開關K連接的地電位為相同電位，采用單點焊接，將Τ2、Τ3和開關的地電位焊接為一點。本發(fā)明中所有傳輸線的內芯相對于外皮為充電極，外皮為放電極。
[0028]本發(fā)明中，脈沖功率合成傳輸線Τ2、脈沖功率合成傳輸線Τ3的輸入端采用對稱結構設置，脈沖功率合成傳輸線Τ2、脈沖功率合成傳輸線Τ3的長度和阻抗相同，當時長度大于或等于矩形脈沖形成線Tl的長度。
[0029]結合圖1描述其工作原理:開關K導通前，電源V通過電阻Re對矩形脈沖形成線Tl充電，充電完畢，矩形脈沖形成線Tl上電壓為V0。開關K閉合，自開關處瞬態(tài)產生兩個波形在矩形脈沖形成線Tl中以相反方向朝另一端傳播，波傳輸到另一端時，因脈沖功率合成傳輸線Τ2、脈沖功率合成傳輸線Τ3與矩形脈沖形成線Tl阻抗相同，因此負載為匹配負載，波在傳輸的末端不會產生反射，波在此終止，于是分別在矩形脈沖形成線Tl兩端產生一個矩形波，因線路對稱，故此兩個矩形波完全相同，矩形波幅值為V0/2，脈沖寬度為波在傳輸線中的時延時間。在矩形脈沖形成線Tl兩端產生兩個完全相同的矩形納秒脈沖分別輸入脈沖功率合成傳輸線Τ2、脈沖功率合成傳輸線Τ3，脈沖功率合成傳輸線Τ2、脈沖功率合成傳輸線Τ3對兩個脈沖進行功率疊加合成一個2倍功率的脈沖，然后輸出到負載RL，此時負載RL上可得到一個幅值為V，寬度與輸入脈沖相同的矩形脈沖。
[0030]根據上述的發(fā)明方案設計了一個脈沖幅度約690V，脈沖寬度約20ns的脈沖源，電源V(350Vdc)通過Re為傳輸線Tl充電，Tl、T2、T3特征阻抗為50歐，長度為3.81m(傳播時長為19.53ns)，充電完畢，開關Kl導通，在Tl兩端產生兩個脈沖，經測試其幅度約350V，寬度約20.6ns。兩個脈沖分別輸入T2、T3傳輸線，在負載RL上獲得了幅度約691V，寬度約19.64ns的矩形脈沖。
[0031]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種矩形脈沖發(fā)生器，其特征在于包括:矩形脈沖形成線(Tl )、脈沖功率合成傳輸線(T2)、脈沖功率合成傳輸線(T3)，所述矩形脈沖形成線(Tl)、脈沖功率合成傳輸線(T2)、脈沖功率合成傳輸線(T3)均包括內芯和纏繞在內芯表面的外皮； 所述矩形脈沖形成線(Tl)內芯兩端連接到開關(K)的同一端，開關(K)的另一端連接到地電位，矩形脈沖形成線(Tl) 一端的內芯連接到充電電源， 所述矩形脈沖形成線(Tl)的外皮上一端連接到脈沖功率合成傳輸線(T2)的內芯，另一端連接到脈沖功率合成傳輸線(T3)的內芯， 所述脈沖功率合成傳輸線(T2)另一端的內芯連接到所述脈沖功率合成傳輸線(T3)另一端的外皮， 所述脈沖功率合成傳輸線(T3)與脈沖功率合成傳輸線(T2)連接一端的內芯連接輸出負載， 所述的脈沖功率合成傳輸線、脈沖功率合成傳輸線的外皮均連接到地電位。2.根據權利要求1所述的一種矩形脈沖發(fā)生器，其特征在于所述脈沖功率合成傳輸線(T2 )、脈沖功率合成傳輸線(T3 )的長度、阻抗相等。3.根據權利要求2所述的一種矩形脈沖發(fā)生器，其特征在于所述脈沖功率合成傳輸線(T2)、脈沖功率合成傳輸線(T3)的長度大于矩形脈沖形成線(Tl)的長度。4.根據權利要求1所述的一種矩形脈沖發(fā)生器，其特征在于所述脈沖功率合成傳輸線(T2)、脈沖功率合成傳輸線(T3)外皮上的地電位與開關(K)的地電位為等電位點焊接于同一點。5.根據權利要求1?4任一所述的一種矩形脈沖發(fā)生器，其特征在于所述矩形脈沖形成線(Tl)與充電電源之間連接有限流隔離電阻。
【文檔編號】H03K7/08GK205647468SQ201620171334
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月7日
【發(fā)明人】石小燕, 梁勤金, 丁恩燕, 鄭強林, 楊周炳, 張運儉
【申請人】中國工程物理研究院應用電子學研究所