一種矩形脈沖發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)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(nèi)芯，另一端連接到脈沖功率合成傳輸線T3的內(nèi)芯，所述脈沖功率合成傳輸線T2另一端的內(nèi)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(nèi)芯連接輸出負(fù)載；本實(shí)用新型提升了現(xiàn)有窄脈寬矩形脈沖發(fā)生器的性能，簡(jiǎn)單的線路結(jié)構(gòu)提高了發(fā)生器的可靠性?？蓮V泛應(yīng)用于微細(xì)電化學(xué)加工、電火花加工等精細(xì)化加工、超輻射及激光器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域要求。
【專利說(shuō)明】
一種矩形脈沖發(fā)生器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及脈沖產(chǎn)生技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種矩形脈沖發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]矩形納秒脈沖是指輸出波形持續(xù)時(shí)間為納秒且具有平頂?shù)碾姶判盘?hào)。矩形納秒脈沖的特性由脈沖前后沿時(shí)間、脈沖半高寬、矩形度、脈沖重復(fù)頻率等參數(shù)表征。隨著微細(xì)電化學(xué)加工、電火花加工等精細(xì)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(yīng)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(guò)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(PFN)或者傳輸線產(chǎn)生矩形脈沖，但是要產(chǎn)生幾十納秒寬帶以下的矩形脈沖，F(xiàn)PN難于勝任。因此，國(guó)內(nèi)外大多采用傳輸線來(lái)產(chǎn)生納秒級(jí)的矩形脈沖。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，國(guó)內(nèi)外傳輸線產(chǎn)生納秒矩形脈沖發(fā)展為兩類，一類為傳輸線類，根據(jù)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(kāi)，如單線的一端斷路結(jié)構(gòu)，雙線的blumlein線的一根線末端短路或者斷路結(jié)構(gòu);二為傳輸線末端用電路斷開(kāi)，以解決末端自行斷開(kāi)時(shí)的波形后沿拖尾問(wèn)題。這兩種方式產(chǎn)生的矩形波形在效率、分布參數(shù)控制及結(jié)構(gòu)上三者很難達(dá)到一個(gè)較好值。對(duì)于單線來(lái)說(shuō)，在同樣供電下，輸出電壓功率低于雙線；而雙線則因結(jié)構(gòu)方式使得分布參數(shù)控制較難，脈沖越窄波形特性越差;對(duì)電路斷開(kāi)來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐黾右唤M開(kāi)關(guān)，同時(shí)需要復(fù)雜的匹配線路，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為此，為了提高脈沖的輸出質(zhì)量及可靠性，各國(guó)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(kāi)關(guān)研究方面，美國(guó)、俄羅斯、日本及歐洲國(guó)家做得較為深入。

【發(fā)明內(nèi)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(yīng)用于微細(xì)電化學(xué)加工、電火花加工等精細(xì)化加工、超輻射及激光器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域要求。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)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(nèi)芯和纏繞在內(nèi)芯表面的外皮；
[0006]所述矩形脈沖形成線Tl內(nèi)芯兩端連接到開(kāi)關(guān)K的同一端，開(kāi)關(guān)K的另一端連接到地電位，矩形脈沖形成線Tl 一端的內(nèi)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(nèi)芯，另一端連接到脈沖功率合成傳輸線T3的內(nèi)芯，
[0008]所述脈沖功率合成傳輸線T2另一端的內(nèi)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(nèi)芯連接輸出負(fù)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(shù)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(zhǎng)度、阻抗相等。
[0012]在上述技術(shù)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(zhǎng)度大于矩形脈沖形成線Tl的長(zhǎng)度。
[0013]在上述技術(shù)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(kāi)關(guān)K的地電位為等電位點(diǎn)焊接于同一點(diǎn)。
[0014]在上述技術(shù)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(chǎn)生脈沖的方法，
[0016]通過(guò)充電電源給矩形脈沖形成線Tl進(jìn)行充電，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K，
[0017]在矩形脈沖形成線Tl的兩端的外皮上產(chǎn)生兩個(gè)相同的矩形納秒脈沖，
[0018]兩個(gè)脈沖同時(shí)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(nèi)芯，通過(guò)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(nèi)芯上實(shí)現(xiàn)脈沖功率的合成并輸出。
[0019]在上述技術(shù)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(zhǎng)度決定。
[0020]在上述技術(shù)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(shí)間。
[0021]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)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(shí)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(jiǎn)單的線路結(jié)構(gòu)提高了發(fā)生器的可靠性?？蓮V泛應(yīng)用于微細(xì)電化學(xué)加工、電火花加工等精細(xì)化加工、超輻射及激光器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域要求。
【附圖說(shuō)明】
[0022]本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)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(nèi)芯和纏繞在內(nèi)芯上的外皮組成，內(nèi)芯為充電正極，內(nèi)芯的兩端共同連接到開(kāi)關(guān)K的一端，開(kāi)關(guān)K的另一端連接到地電位。矩形脈沖形成線Tl內(nèi)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(gè)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(guò)它可以限定最大充電電流；同時(shí)當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)，可以隔離矩形脈沖形成線Tl兩端產(chǎn)生的脈沖對(duì)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(guò)導(dǎo)線連接在一起。導(dǎo)線一端連接到脈沖功率合成傳輸線Τ2的內(nèi)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(dǎo)線一端的內(nèi)芯上連接輸出負(fù)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(gè)地電位與開(kāi)關(guān)K連接的地電位為相同電位，采用單點(diǎn)焊接，將Τ2、Τ3和開(kāi)關(guān)的地電位焊接為一點(diǎn)。本發(fā)明中所有傳輸線的內(nèi)芯相對(duì)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(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)置，脈沖功率合成傳輸線Τ2、脈沖功率合成傳輸線Τ3的長(zhǎng)度和阻抗相同，當(dāng)時(shí)長(zhǎng)度大于或等于矩形脈沖形成線Tl的長(zhǎng)度。
[0029]結(jié)合圖1描述其工作原理:開(kāi)關(guān)K導(dǎo)通前，電源V通過(guò)電阻Re對(duì)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(kāi)關(guān)K閉合，自開(kāi)關(guān)處瞬態(tài)產(chǎn)生兩個(gè)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?shù)搅硪欢藭r(shí)，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(fù)載為匹配負(fù)載，波在傳輸?shù)哪┒瞬粫?huì)產(chǎn)生反射，波在此終止，于是分別在矩形脈沖形成線Tl兩端產(chǎn)生一個(gè)矩形波，因線路對(duì)稱，故此兩個(gè)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(shí)延時(shí)間。在矩形脈沖形成線Tl兩端產(chǎn)生兩個(gè)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(duì)兩個(gè)脈沖進(jìn)行功率疊加合成一個(gè)2倍功率的脈沖，然后輸出到負(fù)載RL，此時(shí)負(fù)載RL上可得到一個(gè)幅值為V，寬度與輸入脈沖相同的矩形脈沖。
[0030]根據(jù)上述的發(fā)明方案設(shè)計(jì)了一個(gè)脈沖幅度約690V，脈沖寬度約20ns的脈沖源，電源V(350Vdc)通過(guò)Re為傳輸線Tl充電，Tl、T2、T3特征阻抗為50歐，長(zhǎng)度為3.81m(傳播時(shí)長(zhǎng)為19.53ns)，充電完畢，開(kāi)關(guān)Kl導(dǎo)通，在Tl兩端產(chǎn)生兩個(gè)脈沖，經(jīng)測(cè)試其幅度約350V，寬度約20.6ns。兩個(gè)脈沖分別輸入T2、T3傳輸線，在負(fù)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(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)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(guò)程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(nèi)芯和纏繞在內(nèi)芯表面的外皮； 所述矩形脈沖形成線(Tl)內(nèi)芯兩端連接到開(kāi)關(guān)(K)的同一端，開(kāi)關(guān)(K)的另一端連接到地電位，矩形脈沖形成線(Tl) 一端的內(nèi)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(nèi)芯，另一端連接到脈沖功率合成傳輸線(T3)的內(nèi)芯， 所述脈沖功率合成傳輸線(T2)另一端的內(nèi)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(nèi)芯連接輸出負(fù)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(jù)權(quán)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(zhǎng)度、阻抗相等。3.根據(jù)權(quán)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(zhǎng)度大于矩形脈沖形成線(Tl)的長(zhǎng)度。4.根據(jù)權(quán)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(kāi)關(guān)(K)的地電位為等電位點(diǎn)焊接于同一點(diǎn)。5.根據(jù)權(quán)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(hào)】H03K7/08GK205647468SQ201620171334
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月7日
【發(fā)明人】石小燕, 梁勤金, 丁恩燕, 鄭強(qiáng)林, 楊周炳, 張運(yùn)儉
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所