以FR-4环氧玻璃纤维布为介质材料, 研制了一种S型平板折叠式固态脉冲形成线。从理论上和实验上分析了脉冲形成线的放电过程。重点研究了边缘特性对其特性阻抗的影响, 给出了改进的特征阻抗表达式; 分析了相邻效应和集肤效应对脉冲形成的影响, 给出了脉冲波形中出现高频噪声的原因; 实验上验证了使用寿命与外加电场的关系。采用多级折叠线串并联模块化技术, 提高了模块电压, 降低了特性阻抗, 研制了一种基于串并联技术的Blumlein线模块。该模块的耐压大于120 kV, 特性阻抗约为7 Ω, 脉冲宽度为138 ns。

This paper provides a review of the compact intense electron-beam accelerators (IEBAs) based on liquid pulse forming lines (PFLs) that have been developed at the National University of Defense Technology (NUDT) in China. The history and roadmap of the compact IEBAs used to drive high-power microwave (HPM) devices at NUDT are reviewed. The properties of both de-ionized water and glycerin as energy storage media are presented. Research into the breakdown properties of liquid dielectrics and the desire to maximize energy storage have resulted in the invention of several coaxial PFLs with different electromagnetic structures, which are detailed in this paper. These high energy density liquid PFLs have been used to increase the performance of IEBA subsystems, based on which the SPARK (Single Pulse Accelerator with spark gaps) and HEART (High Energy-density Accelerator with Repetitive Transformer) series of IEBAs were constructed. This paper also discusses how these compact IEBAs have been used to drive typical HPM devices and concludes by summarizing the associated achievements and the conclusions that can be drawn from the results.

采用熔融-快冷-可控结晶工艺, 制备了(Pb, Sr)Nb2O6-NaNbO3-SiO2大尺寸玻璃陶瓷, 开展了其介电性能以及脉冲充放电特性研究。实验结果表明: 该玻璃陶瓷材料的介电常数约为340, 具有良好的温度稳定性和正的偏压特性。基于该材料制备的固态脉冲形成线输出脉冲脉宽约为89 ns, 具有良好的脉冲平顶和窄的上升沿。在19 kV充放电电压、1 kHz的充放电频率、4 kA的放电电流条件下, 固态脉冲形成线充放电寿命大于100万次。

利用碳酸钡基材料研制了一种环形脉冲形成线。对脉冲形成线的材料特性、电场分布对耐压影响进行分析和研究, 通过优化结构设计、材料特性, 提高了环形脉冲形成线的耐压水平。利用此脉冲形成线建立了37级Marx发生器, 此发生器通过电感进行并联充电和串联放电工作。使用电磁仿真软件对系统结构进行了三维电场分析, 分析结果表明,采用此环形脉冲形成线能够实现同轴设计, 电场更加均匀, 确定了满足紧凑化的最佳外形尺寸。实验结果表明,设计的脉冲功率驱动源在充电电压为±19 kV的条件下, 在二极管负载下得到了输出半高宽为65 ns、电压为680 kV的快高压脉冲。

传统的高功率重复频率脉冲功率源通常以低电压储能、升压、高压脉冲形成线、输出的顺序工作。因而系统至少包括低压储能和高压脉冲形成线两个储能环节, 同时高压脉冲形成线的体积随着电压的升高快速增长。针对这些问题, 课题组提出了一种高功率重复频率Marx型脉冲功率源小型化研究的设计思路和实现方式, 并开展了相关技术研究。主要介绍了课题组在关键技术上取得的重要进展, 包括高储能密度的储能/脉冲成形一体化技术、低抖动重复频率气体开关技术、低抖动高能触发技术、紧凑型Marx高压串叠技术等一系列关键技术。同时介绍了课题组研制的几种典型紧凑结构重复频率Marx型脉冲功率装置: 同轴结构快Marx发生器、基于薄膜介质线的脉冲功率源、模块化低阻抗紧凑型Marx发生器、20 GW高功率重复频率脉冲驱动源。通过探讨关键技术研究及其发展现状, 为未来脉冲功率源小型化研究的发展和应用方向提供参考。

研制了一台紧凑型纳秒高压脉冲发生器。该发生器主要由铁芯变压器、脉冲形成线、油间隙自击穿开关组成。在变压器和形成线之间加入了一个50 pF的谐振电容和1.15 mH的谐振电感, 通过三谐振设计, 使发生器在不降低输出电压的情况下, 降低了变压器次级绕组的电压, 实现了脉冲发生器小型化。对该发生器进行了详细的设计、模拟和实验, 结果表明: 该发生器可在二极管上输出峰值约500 kV、脉宽2.2 ns的高压脉冲; 电子束二极管产生的X射线在距二极管靶窗20 cm处辐射剂量为20 mR, 可用于辐射探测系统闪烁体的时间响应测量。

通过对国内外瞬时多脉冲产生技术的调研, 结合超宽谱脉冲的特点, 开展脉冲分割方式产生超宽谱多脉冲、形成线串联方式产生超宽谱多脉冲、多脉冲合成方式产生超宽谱多脉冲的技术研究, 确定利用形成线串联方式产生超宽谱多脉冲的技术路线；对充电时间和开关电容等对产生多脉冲的影响因素进行分析和实验研究, 改进了四脉冲形成线充电方式, 完成超宽谱四脉冲产生实验装置的设计, 在负载上获得瞬时超宽谱多脉冲, 脉冲数4个, 脉冲宽度3.5 ns, 输出脉冲之间的间隔小于10 ns。