本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種串列式高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置。

背景技術(shù)：

脈沖功率技術(shù)在粒子加速器、等離子體技術(shù)、廢水廢氣處理等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，脈沖功率源的輸出峰值功率已經(jīng)得到大幅提升。脈沖功率源的另一項主要技術(shù)指標之一是重復(fù)頻率。隨著應(yīng)用的拓展，對脈沖功率源的重復(fù)頻率提出了越來越高的要求。但由于受限于氣體開關(guān)的絕緣恢復(fù)速度，目前脈沖功率源的重復(fù)頻率一般為幾十赫茲到百赫茲，最高不超過千赫茲。要提高輸出脈沖的重復(fù)頻率到幾千赫茲以上，必須采用新的研究方法和技術(shù)路線。

2010年一篇文獻公開了一種多脈沖隔離合成產(chǎn)生高重復(fù)頻率脈沖的裝置(2010ieeeinternationalpowermodulatorandhighvoltageconference，2010：413～416)，其結(jié)構(gòu)如附圖1所示：多臺獨立的脈沖功率源11的輸出端都連接到同一條公共傳輸線13，各脈沖功率源11與公共傳輸線13之間采用磁環(huán)12隔離。其工作方式為：當某路脈沖源11工作時，輸出脈沖首先將本路的磁環(huán)12勵磁到飽和，然后輸出到公共傳輸線13，期間其他路的磁環(huán)12阻擋了輸出脈沖向其他路脈沖源11傳輸；若使各脈沖源11依次間隔工作，就能在公共傳輸線13上獲得高重復(fù)頻率脈沖。這種方式存在的主要問題有兩方面：一是注入結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜龐大，造成脈沖高頻成分損失嚴重，注入之后脈沖前沿從幾百皮秒拖慢到納秒量級，使得脈沖品質(zhì)惡化；二是對磁隔離材料要求很高。

另一文獻公開了一種串聯(lián)脈沖形成線產(chǎn)生高重復(fù)頻率脈沖的裝置(太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報，2016，14(3)：413～416)，如附圖2所示：將多段脈沖形成線21與多個高壓氣體開關(guān)22依次間隔串聯(lián)，然后再接輸出傳輸線23，并通過輸出端口24向外輸出。工作方式：各段脈沖形成線21同時充上電，然后從輸出端口24開始，各高壓氣體開關(guān)22依次間隔特定時間擊穿。這樣使得各段脈沖形成線21儲存的能量依次釋放，從而在輸出端口24獲得一串脈沖，達到在短時間內(nèi)獲得很高重復(fù)頻率的目的。串聯(lián)脈沖形成線系統(tǒng)存在的主要問題有兩方面：一是只能產(chǎn)生一串脈沖序列，脈沖之間拉不開，即脈沖間隔不可調(diào)節(jié)；二是脈沖幅值衰減和前沿變緩現(xiàn)象嚴重，即脈沖品質(zhì)惡化，原因是后級脈沖的傳輸路徑上存在很多氣體開關(guān)，開關(guān)的電阻電感造成了能量損耗，并拖慢脈沖前沿。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述高重復(fù)頻率脈沖裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、脈沖品質(zhì)惡化及脈沖序列單一的問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、脈沖傳輸路徑良好的串列式高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置，該裝置能夠產(chǎn)生兩路重復(fù)頻率達到十千赫茲級的脈沖，也能夠產(chǎn)生一路瞬時重復(fù)頻率達到兆赫茲級的脈沖串。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種串列式高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置，包括一個公共傳輸線37、多個中筒34、多個氣體開關(guān)35及絕緣介質(zhì)，其特殊之處在于：

上述公共傳輸線37為同軸線，包括內(nèi)導(dǎo)體33和外導(dǎo)體32，上述公共傳輸線37的兩端口為兩個輸出端；

所述絕緣介質(zhì)位于公共傳輸線37腔體內(nèi)部；

上述中筒34為兩端開口的導(dǎo)體圓管，中筒34的內(nèi)徑大于內(nèi)導(dǎo)體33的外徑，中筒34的外徑小于外導(dǎo)體32的內(nèi)徑，多個中筒34依次間隔一定距離同軸設(shè)置于內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間(通過絕緣子，將中筒支撐在外導(dǎo)體內(nèi)表面上，或者支撐在內(nèi)導(dǎo)體外表面上)；

上述氣體開關(guān)35的兩極分別設(shè)置在中筒34外表面中部與公共傳輸線37外導(dǎo)體內(nèi)表面上(與中筒外表面中部相對的部位)或者所述氣體開關(guān)35的兩極分別設(shè)置在中筒34內(nèi)表面中部與公共傳輸線37內(nèi)導(dǎo)體外表面上(與中筒內(nèi)表面中部相對的部位)，且每個中筒34都對應(yīng)著一個氣體開關(guān)35。

氣體開關(guān)是上述中筒外表面中部與上述公共傳輸線外導(dǎo)體內(nèi)表面之間的徑向氣體間隙，或者是上述中筒內(nèi)表面中部與上述公共傳輸線內(nèi)導(dǎo)體外表面之間的徑向氣體間隙。

優(yōu)選地，上述氣體開關(guān)電極形狀為完整環(huán)形或點狀分布組成的環(huán)形，它們的狀態(tài)完全一致，即擊穿電壓相同。

優(yōu)選地，為了提高能量效率，上述公共傳輸線37外導(dǎo)體內(nèi)徑與中筒34外徑的比值和中筒34內(nèi)徑與公共傳輸線37內(nèi)導(dǎo)體外徑的比值相等，即中筒34與外導(dǎo)體構(gòu)成的傳輸線阻抗等于中筒34與內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成的傳輸線阻抗。

優(yōu)選地，上述中筒個數(shù)可以為2-100個。

優(yōu)選地，上述絕緣介質(zhì)可以為氫氣、氮氣、六氟化硫等絕緣氣體，其中以氫氣更優(yōu)。

優(yōu)選地，上述內(nèi)導(dǎo)體為實心不銹鋼柱、黃銅柱或鋁柱等良導(dǎo)體柱。

在上述本發(fā)明的高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置中，每個中筒與公共傳輸線內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體都構(gòu)成了雙筒脈沖形成線，其中，中筒是雙筒線充電時的高壓端，中筒-外導(dǎo)體為外線，中筒-內(nèi)導(dǎo)體為內(nèi)線，該中筒對應(yīng)的氣體開關(guān)作為脈沖形成開關(guān)。但與傳統(tǒng)布魯姆萊茵型雙筒脈沖形成線不同的是，該雙筒脈沖形成線的中筒是雙端開口而不是單端開口，且氣體開關(guān)位于脈沖形成線中部而不是端部。這種獨特的結(jié)構(gòu)，使得這種雙筒脈沖形成線可以同時產(chǎn)生兩路幅值與脈沖寬度都相同的脈沖，并分別向著公共傳輸線前后兩端口傳輸，分別稱其為前向脈沖和后向脈沖。前后向脈沖的幅值與脈沖寬度都完全相同，它們的幅值與中筒充電電壓也相同。

在上述本發(fā)明的高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置中，多個中筒與公共傳輸線內(nèi)外導(dǎo)體構(gòu)成多級雙筒脈沖形成線，且這些雙筒脈沖形成線的氣體開關(guān)擊穿電壓相同，即這些雙筒形成線的工作電壓相同。這些雙筒形成線的工作方式為：從前至后依次間隔工作。

當?shù)?級雙筒脈沖形成線的氣體開關(guān)導(dǎo)通后，產(chǎn)生第1個前向脈沖和第1個后向脈沖。第1個前向脈沖直接傳輸?shù)奖景l(fā)明裝置的前端口，第1個后向脈沖經(jīng)過后側(cè)所有雙筒脈沖形成線向本發(fā)明裝置的后端口傳輸。由于其他所有雙筒脈沖形成線的氣體開關(guān)處于開路狀態(tài)，這兩個脈沖將會不受阻礙地一直傳輸?shù)焦矀鬏斁€兩端，保持其前沿和幅值不變，最終向外輸出。

間隔一段時間后，第2級雙筒脈沖形成線的氣體開關(guān)導(dǎo)通后，產(chǎn)生第2個前向脈沖和第2個后向脈沖。由于第2個后向脈沖在向公共傳輸線后端傳輸?shù)倪^程中遇到的所有氣體開關(guān)仍處于開路狀態(tài)，因此它將會不受阻礙地一直傳輸?shù)焦矀鬏斁€后端口，并保持其前沿和幅值不變。第2個前向脈沖向公共傳輸前端口傳輸過程中，會遇到第1級氣體開關(guān)，而且第2個前向脈沖的一半幅值將施加在該氣體開關(guān)上。此時，第1級氣體開關(guān)是否擊穿導(dǎo)通由其絕緣恢復(fù)狀態(tài)決定，而其絕緣恢復(fù)狀態(tài)由第2級雙筒脈沖形成線和第1級脈沖形成線的工作間隔時間決定。稱第1級氣體開關(guān)剛好不被第2個前向脈沖擊穿的工作時間間隔為“臨界間隔時間”。如果工作間隔時間大于等于“臨界間隔時間”，第2個前向脈沖不能將第1級氣體開關(guān)擊穿，其仍能不受阻礙地一直傳輸?shù)焦矀鬏斁€前端口，并保持其前沿和幅值不變。如果工作間隔時間小于“臨界間隔時間”，第1級氣體開關(guān)被第2個前向脈沖擊穿，并部分阻擋第2個前向脈沖的傳輸，導(dǎo)致第2個前向脈沖幅值的衰減。對比第1級氣體開關(guān)在“臨界間隔時間”的絕緣電壓幅值和其完全恢復(fù)后的絕緣能力可以發(fā)現(xiàn)，“臨界間隔時間”時第1級開關(guān)的絕緣恢復(fù)仍是非常不充分的，也即：“臨界間隔時間”遠小于氣體開關(guān)完全恢復(fù)時間。實驗結(jié)果表明，對于數(shù)兆帕斯卡的高壓氫氣開關(guān)，這種“臨界間隔時間”小于一百微秒，比完全絕緣恢復(fù)時間小一個量級。

第3級及后側(cè)其他雙筒脈沖形成線工作時的情形可以由上述分析類推得到。

綜上所述，讓所有雙筒形成線從前至后依次間隔工作，若工作間隔時間大于等于“臨界間隔時間”，則可以在公共傳輸線的前后兩個端口都產(chǎn)生一串高重復(fù)頻率脈沖，脈沖的時間間隔最短可小于一百微秒，對應(yīng)重復(fù)頻率超過十千赫茲，稱之為“雙端輸出模式”；若工作時間間隔小于“臨界間隔時間”，則公共傳輸線的后端口仍可以正常產(chǎn)生一串高重復(fù)頻率脈沖，脈沖的時間間隔僅受氣體開關(guān)擊穿時間控制精度限制，一般該精度能到十納秒級，故對應(yīng)的重復(fù)頻率最高可達數(shù)十兆赫茲，稱之為“單端輸出模式”。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明雙筒脈沖形成線的中筒是雙端開口而不是單端開口，且氣體開關(guān)位于脈沖形成線中部而不是端部，這種獨特的結(jié)構(gòu)，使得這種雙筒脈沖形成線可以同時產(chǎn)生兩路幅值與脈沖寬度都相同的脈沖，并分別向著公共傳輸線前后兩端口傳輸；

(2)公共傳輸線內(nèi)導(dǎo)體上沒有軸向氣體開關(guān)，為產(chǎn)生的脈沖提供了良好的傳輸路徑，不存在輸出脈沖品質(zhì)隨級數(shù)增加而惡化的問題，從而使該裝置容許擴展為更多級；

(3)雙端輸出模式時，兩相鄰氣體開關(guān)的擊穿時間間隔可比氣體開關(guān)完全恢復(fù)時間小一個量級，從而能夠產(chǎn)生兩路重復(fù)頻率達到十千赫茲級的脈沖，且重復(fù)頻率可以在十千赫茲以內(nèi)任意調(diào)節(jié)；

(4)單端輸出模式時，兩相鄰氣體開關(guān)的時間間隔僅受氣體開關(guān)擊穿時間控制精度限制，從而能夠產(chǎn)生一路瞬時重復(fù)頻率達到兆赫茲級的脈沖串，且重復(fù)頻率可以在十千赫茲～兆赫茲范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的一種多脈沖隔離合成產(chǎn)生高重復(fù)頻率脈沖裝置；

圖2為現(xiàn)有的另一種串聯(lián)脈沖形成線產(chǎn)生高重復(fù)頻率脈沖裝置；

圖3為本發(fā)明的一種串列式高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置；

圖4為氫氣開關(guān)“臨界間隔時間”實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)(氣壓4.5mpa，間距4mm)。

圖中附圖標記為：11-脈沖功率源，12-磁環(huán)，13-公共傳輸線，21-脈沖形成線，22-高壓氣體開關(guān)，23-輸出傳輸線，24-輸出端口，31-前端口，32-外導(dǎo)體，33-內(nèi)導(dǎo)體，34-中筒，35-氣體開關(guān)，36-后端口，37-公共傳輸線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的串列式高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置做詳細描述。

圖3為本發(fā)明的串列式高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置示意圖，包括一個公共傳輸線37、多個中筒34和多個氣體開關(guān)35，其中，公共傳輸線37為同軸線，包括外導(dǎo)體32和內(nèi)導(dǎo)體33，且前端口31和后端口36是本發(fā)明脈沖產(chǎn)生裝置的兩個輸出端口；中筒34為雙端開口的導(dǎo)體圓管，其外徑小于外導(dǎo)體32內(nèi)徑，其內(nèi)徑大于內(nèi)導(dǎo)體33外徑，長度遠小于公共傳輸線37的長度，且所有中筒34長度之和仍小于公共傳輸線長度；多個中筒34依次同軸安裝于公共傳輸線內(nèi)外導(dǎo)體之間(通過絕緣子，將中筒支撐在外導(dǎo)體內(nèi)表面上，或者支撐在內(nèi)導(dǎo)體外表面上)，相鄰中筒之間具有一定間隔，且所有中筒34都完全位于公共傳輸線內(nèi)部；氣體開關(guān)35是中筒34內(nèi)表面中部與內(nèi)導(dǎo)體33外表面之間的徑向氣體間隙，(或者氣體開關(guān)也可以是中筒34外表面中部與外導(dǎo)體32內(nèi)表面之間的徑向氣體間隙)，且每個中筒34都對應(yīng)著一個氣體開關(guān)35；氣體開關(guān)35的兩個電極形狀可以為完整環(huán)形或者分布式點狀所組成的環(huán)形，它們的狀態(tài)完全一致，即擊穿電壓相同。

在上述本發(fā)明的串列式高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置中，多個中筒34與公共傳輸線內(nèi)導(dǎo)體33、外導(dǎo)體32構(gòu)成了多級雙筒脈沖形成線，并以中筒34作為雙筒線充電時的高壓端，氣體開關(guān)35作為脈沖形成開關(guān)。但與傳統(tǒng)布魯姆萊茵型雙筒脈沖形成線不同的是，這種雙筒脈沖形成線的中筒34是雙端開口，且氣體開關(guān)35位于脈沖形成線中部。這種獨特的結(jié)構(gòu)，使得這種雙筒脈沖形成線可以同時產(chǎn)生兩路幅值與脈沖寬度都相同的脈沖。同時，由于中筒34雙端開口，使得中筒34的存在不影響脈沖在公共傳輸線中的傳輸。

通過控制氣體開關(guān)35的導(dǎo)通順序，讓這些雙筒脈沖形成線從前到后依次等間隔時間工作。當間隔時間大于“臨界間隔時間”時(定義第n級氣體開關(guān)剛好不被第n+1個前向脈沖擊穿的工作時間間隔為“臨界間隔時間”，對于數(shù)兆帕斯卡的高壓氫氣開關(guān)，該“臨界間隔時間”小于100微秒，比其完全恢復(fù)時間小一個量級)，該裝置工作于雙端輸出模式，能夠在公共傳輸線的前端口31和后端口36都產(chǎn)生重復(fù)頻率達到十千赫茲級的脈沖，且重復(fù)頻率可以在十千赫茲以內(nèi)任意調(diào)節(jié)。當間隔時間小于“臨界間隔時間”時，該裝置工作于單端輸出模式，雖然前端口31輸出的脈沖品質(zhì)開始變差，但后端口36仍能輸出一路高重復(fù)頻率脈沖串，并保持幅值和前沿不變。單端輸出模式時，相鄰雙筒脈沖形成線工作時間間隔僅受氣體開關(guān)35擊穿時間控制精度限制，因而后端口36輸出的脈沖串瞬時重復(fù)頻率可達兆赫茲級，且重復(fù)頻率可以在十千赫茲～兆赫茲范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的一個串列式高重復(fù)頻率脈沖產(chǎn)生裝置實施實例，要求的系統(tǒng)指標如下：

1)輸出阻抗：40歐姆

2)產(chǎn)生功率：1gw；

3)脈沖寬度：1ns；

4)雙路輸出模式，重復(fù)頻率：10khz；

5)單路輸出模式，脈沖串瞬時重復(fù)頻率：1mhz；

根據(jù)上述指標，綜合物理指標、高電壓絕緣和高氣壓密封等因素，可以確定該裝置的主要參數(shù)：

1)輸出脈沖的幅值為200kv，對應(yīng)的中筒充電電壓也為200kv。

2)雙筒脈沖形成線絕緣介質(zhì)采用4.5mpa的氫氣。

3)氣體開關(guān)采用環(huán)形電極，和雙筒脈沖形成線共用腔體，故氫氣壓力也是4.5mpa。開關(guān)間隙選擇為4mm，此時其擊穿電壓大約在200kv左右。

4)該裝置設(shè)計為10級，即需要安裝10個中筒。中筒長度300mm。中筒外直徑180mm，內(nèi)直徑177mm。

5)最右端中筒的右端面距離公共傳輸線右端口50mm，最左端中筒的左端面距離公共傳輸線左端口50mm，相鄰中筒間距離50mm。

6)公共傳輸線長度為3550mm。外導(dǎo)體內(nèi)直徑250mm，外直徑260mm。內(nèi)導(dǎo)體為實心不銹鋼柱，外直徑128mm。

在上述設(shè)計中，氣體開關(guān)沒有外加觸發(fā)裝置，因此其導(dǎo)通時間由中筒充電時間控制。當某個中筒充電電壓到達200kv左右時，該中筒對應(yīng)的氣體開關(guān)自動發(fā)生擊穿導(dǎo)通。中筒可以由各種類型的脈沖高壓充電電源來充電，如tesla變壓器、常規(guī)脈沖變壓器和marx發(fā)生器等。若本實施實例中的中筒采用tesla變壓器充電，則可以估算出其充電時間約為數(shù)微秒。

從前至后依次間隔給中筒充電，使各氣體開關(guān)依次導(dǎo)通，從而使10級雙筒脈沖形成線從前至后依次間隔工作。

雙路輸出模式產(chǎn)生兩路重復(fù)頻率為10khz的脈沖的過程：

1)首先給第1級中筒充電。數(shù)微秒后，第1級中筒充電電壓達到200kv，第1級氣體開關(guān)導(dǎo)通，第1級雙筒脈沖形成線產(chǎn)生第1個前向脈沖和第1個后向脈沖，幅值均為200kv，功率為1gw，脈寬為1ns。第1個前向脈沖直接傳輸?shù)焦矀鬏斁€前端口，第1個后向脈沖經(jīng)過后側(cè)所有雙筒脈沖形成線向公共傳輸線后端口傳輸。由于第2～10級氣體開關(guān)處于開路狀態(tài)，第1個后向脈沖將會不受阻礙地一直傳輸?shù)焦矀鬏斁€后端口，保持其前沿和幅值不變。

2)間隔100μs，第2級中筒充電。數(shù)微秒后，第2級中筒充電電壓達到200kv，第2級氣體開關(guān)導(dǎo)通，產(chǎn)生第2個前向脈沖和第2個后向脈沖，幅值均為200kv，功率為1gw，脈寬為1ns。由于第3～10級氣體開關(guān)仍處于開路狀態(tài)，因此第2個后向脈沖將會不受阻礙地一直傳輸?shù)焦矀鬏斁€后端，并保持其前沿和幅值不變。第2個前向脈沖向公共傳輸前端的傳輸過程中，會遇到第1級氣體開關(guān)，而且第2個前向脈沖的一半幅值將施加在該氣體開關(guān)上。也即，此時第1級氣體開關(guān)上承受了幅值100kv、脈寬1ns的電壓。此時，第1級氣體開關(guān)已經(jīng)經(jīng)歷了100μs的恢復(fù)時間，其是否發(fā)生擊穿由其絕緣恢復(fù)狀態(tài)決定。

下面分析第1級氣體開關(guān)的絕緣恢復(fù)狀態(tài)。第1級氣體開關(guān)在完全恢復(fù)絕緣能力條件下，在中筒微秒級充電時的擊穿電壓為200kv。根據(jù)氣體開關(guān)擊穿電壓與施加電壓持續(xù)時間呈負相關(guān)的規(guī)律，在施加電壓脈沖寬度為1ns條件下，完全恢復(fù)的第1級氣體開關(guān)擊穿電壓應(yīng)該遠高于200kv。換個角度說，第1級氣體開關(guān)應(yīng)該在其絕緣恢復(fù)還很不充分的時候，就已經(jīng)能夠承受幅值100kv、脈寬1ns的電壓。稱第1級氣體開關(guān)剛好不被100kv、脈寬1ns的電壓擊穿的絕緣恢復(fù)時間為“臨界間隔時間”。圖4給出了實驗得到的本實例中的各級氣體開關(guān)(4.5mpa氫氣，間距4mm)的“臨界間隔時間”的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。從圖4可以看出，多次實驗測試得到的“臨界間隔時間”分布在35～90μs。該“臨界間隔時間”比高壓氫氣開關(guān)的完全絕緣恢復(fù)時間(毫秒級)小一個量級以上。

當?shù)?個前向脈沖到達第1級氣體開關(guān)處時，第1級氣體開關(guān)已經(jīng)經(jīng)歷了100μs的恢復(fù)時間。由于100μs的恢復(fù)時間大于“臨界間隔時間”，故第1級氣體開關(guān)不會擊穿。于是，第2個前向脈沖仍能不受阻礙地一直傳輸?shù)焦矀鬏斁€前端口，并保持其前沿和幅值不變。

3)其后，再依次間隔100μs，給第3～10級中筒充電。第3～10級雙筒脈沖形成線工作情形與第2級情形類似。第3～10個前后向脈沖都能不受阻礙地分別傳輸?shù)焦矀鬏斁€前后端口。全部10級雙筒線工作后，在公共傳輸線前后端口都獲得了10個脈沖，它們幅值200kv，功率1gw，脈寬1ns，間隔時間100μs。

4)第10級雙筒線工作100μs后，再次給第1級中筒充電，并重復(fù)上述1)～3)過程。于是，在公共傳輸線前后端口都連續(xù)獲得幅值200kv，功率1gw，脈寬1ns，間隔時間100μs脈沖。

從而，本裝置輸出了兩路功率1gw，脈寬1ns，重復(fù)頻率10khz的脈沖。通過調(diào)整相鄰中筒充電的間隔時間，可以在10khz以內(nèi)任意調(diào)節(jié)重復(fù)頻率。比如，將相鄰中筒充電的間隔時間調(diào)整為200μs，則可以獲得兩路5khz的脈沖。

單路輸出模式產(chǎn)生一路瞬時重復(fù)頻率為1mhz的脈沖串過程：

設(shè)中筒充電時間為5μs。

1)從0時刻開始，依次間隔1μs給第1～10級中筒充電。

2)第5μs時刻，第1級中筒充電電壓達到200kv，第2～5級中筒充電電壓未達到200kv，第6～10級中筒尚未開始充電。故只有第1級氣體開關(guān)導(dǎo)通，使第1級雙筒脈沖形成線產(chǎn)生第1個前向脈沖和第1個后向脈沖，幅值均為200kv，功率為1gw，脈寬為1ns。第1個前向脈沖直接傳輸?shù)焦矀鬏斁€前端口，第1個后向脈沖經(jīng)過后側(cè)所有雙筒脈沖形成線向公共傳輸線后端口傳輸。由于第2～10級氣體開關(guān)處于開路狀態(tài)，第1個后向脈沖將會不受阻礙地一直傳輸?shù)焦矀鬏斁€后端口，保持其前沿和幅值不變。

3)第6μs時刻，第2級中筒充電電壓達到200kv，第3～6級中筒充電電壓未達到200kv，第7～10級中筒尚未開始充電。故第2級氣體開關(guān)導(dǎo)通，產(chǎn)生第2個前向脈沖和第2個后向脈沖，幅值均為200kv，功率為1gw，脈寬為1ns。第2個前向脈沖向公共傳輸前端口傳輸過程中，會遇到第1級氣體開關(guān)。由于此時第1級氣體開關(guān)尚未恢復(fù)絕緣能力，處于導(dǎo)通狀態(tài)，因而其將會部分阻擋第2個前向脈沖。第2個后向脈沖向公共傳輸后端口的傳輸過程中，會遇到第3～10級氣體開關(guān)。由于第3～10級氣體開關(guān)仍處于開路狀態(tài)，因此第2個后向脈沖將會不受阻礙地一直傳輸?shù)焦矀鬏斁€后端口，并保持其前沿和幅值不變。

4)第3～10級雙筒脈沖形成線工作情形與第2級情形類似。第7微秒時刻到第14微秒時刻，第3～10級氣體開關(guān)相繼導(dǎo)通。它們產(chǎn)生的前向脈沖都會被尚未恢復(fù)絕緣能力的前一級開關(guān)部分阻擋，但后向脈沖都能不受阻礙地傳輸?shù)焦矀鬏斁€前端口。

5)全部10級雙筒線工作后，在公共傳輸線后端口獲得了10個脈沖，它們幅值200kv，功率1gw，脈寬1ns，間隔時間1μs，瞬時重復(fù)頻率1mhz。

從而，本裝置輸出了一路功率1gw，脈寬1ns，瞬時重復(fù)頻率1mhz的脈沖串，串內(nèi)脈沖數(shù)量為10個。通過增加中筒的級數(shù)，可以增加脈沖串數(shù)量。通過調(diào)整相鄰中筒充電間隔時間，可以調(diào)節(jié)重復(fù)頻率。比如，將相鄰中筒充電間隔時間調(diào)整為5μs，則可以獲得一路200khz的脈沖。脈沖串瞬時重復(fù)頻率的上限取決于氣體開關(guān)擊穿時間控制精度。如果想要脈沖串瞬時重復(fù)頻率超過兆赫茲，就必須提高氣體開關(guān)擊穿時間控制精度，即降低氣體開關(guān)的擊穿抖動時間。通過快速電觸發(fā)或激光觸發(fā)，可以將氣體開關(guān)的擊穿抖動降低到十納秒級，從而能夠獲得瞬時重復(fù)頻率達到數(shù)十兆赫茲的脈沖。