C緊固螺栓示意圖；
[0031]圖13為基于平板傳輸線亞納秒脈沖產(chǎn)生裝置工作圖；
[0032]圖14為基于同軸傳輸線Peaking-Chopping型亞納秒脈沖產(chǎn)生裝置原理圖；
[0033]圖15為基于平板傳輸線Peaking-Chopping型高功率亞納秒脈沖產(chǎn)生裝置；
[0034]圖中:1 一 Peaking開關(guān)輸入極板，2-Peaking開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔，3-Chopping開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔，4-Chopping開關(guān)輸入輸出極板，5-Peaking開關(guān)陽極頭，6-Peaking開關(guān)陰極頭，7-Peaking開關(guān)輸出極板，8-Chopping開關(guān)陽極頭9-Chopping開關(guān)陰極頭，10-單向閥主體，11-PVC緊固螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本實(shí)用新型P-C開關(guān)是一種具有一定自適應(yīng)能力的組合型高壓氣體開關(guān)，其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。開關(guān)裝置設(shè)計(jì)采用水平的平板輸入輸出結(jié)構(gòu)過渡到半圓結(jié)構(gòu)后再轉(zhuǎn)換為垂直的同軸結(jié)構(gòu)方式，在保證有效絕緣的前提下，實(shí)現(xiàn)開關(guān)結(jié)構(gòu)的匹配。開關(guān)能否多通道導(dǎo)通，不僅與電極的形狀有關(guān)，還與開關(guān)結(jié)構(gòu)和安裝方式密切相關(guān)。為此，電極采用同軸引線+平板(或環(huán)形)電極一體化結(jié)構(gòu)，在保證加工精度的前提下，陰、陽電極的同軸度能得到較好地保證，有效地保證了開關(guān)多通道的形成。
[0036]為了提高高壓氣腔的安全性能，氣體開關(guān)的氣室的尺寸不易過大，所以開關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸基本確定為直徑Φ 28，開關(guān)間隙為I?2mm，工作介質(zhì)為5?1MPa高純氮?dú)?，由于P-C開關(guān)輸入、輸出結(jié)構(gòu)的特殊性，加上Peaking開關(guān)和Chopping開關(guān)與輸入輸出結(jié)構(gòu)和柔性傳輸線末端的距離較近，反射波疊加會(huì)使得開關(guān)裝置的輸入脈沖和輸出脈沖波形難以測量，所以電極的絕緣支撐結(jié)構(gòu)采用透光性和絕緣性能較好的有機(jī)玻璃材料，以便能較好地觀察開關(guān)的工作情況。經(jīng)過計(jì)算，確定有機(jī)玻璃高壓氣室的緊固螺釘選用強(qiáng)度較好的PVC材料，其拉伸強(qiáng)度為實(shí)際使用強(qiáng)度的3倍以上。從圖13可見，開關(guān)放電后的亮度及其均勻性，可以判斷形成了多通道導(dǎo)通，達(dá)到了氣體開關(guān)裝置的設(shè)計(jì)目的。
[0037]裝置的設(shè)計(jì)指標(biāo)為:輸出脈沖的峰值功率為1.5GW，脈沖前沿小于1ns、脈沖寬度為2?6ns可調(diào)。同軸結(jié)構(gòu)P-C開關(guān)(簡稱P-C開關(guān))的特點(diǎn)是:高氣壓(?1MPa)、短間隙(I?2mm)、快脈沖輸入(Ins?2ns上升時(shí)間)以及高電壓(?200kV或更高電壓)自擊穿工作，擊穿時(shí)氣體間隙中電場可高達(dá)幾MV/cm，因此開關(guān)閉合非?？欤敵雒}沖電壓的上升時(shí)間僅幾百ps甚至可以快到幾十ps，脈沖寬度可以縮短至1ns，從而大大提升脈沖所對(duì)應(yīng)的上限頻率和中心頻率，提高系統(tǒng)的防排爆效率。由于P-C開關(guān)導(dǎo)通通道多、導(dǎo)通速度快、結(jié)構(gòu)尺寸小、安全性能高等特點(diǎn)，所以采用P-C型結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)基于平板傳輸線的高功率亞納秒氣體開關(guān)。
[0038]系統(tǒng)工作原理:
[0039]亞納秒氣體開關(guān)的氣體間隙擊穿時(shí)，在電極間強(qiáng)電場作用下，形成電子雪崩，導(dǎo)致放電間隙出現(xiàn)流注。當(dāng)兩個(gè)電極間存在連續(xù)流注時(shí)，通道里的電離度會(huì)增加，而且進(jìn)一步發(fā)展，以至形成電極間隙的氣體擊穿，由于高氣壓開關(guān)的電極間隙小、電壓高，為亞納秒脈沖的形成創(chuàng)造了有力條件。
[0040]微波源產(chǎn)生的電壓脈沖經(jīng)柔性傳輸線后為納秒信號(hào)，傳輸至P-C開關(guān)平板輸入結(jié)構(gòu)，通過Peaking開關(guān)(軸向火花隙氣體開關(guān))陸化輸入脈沖的前沿，將脈沖前沿由約2ns陡化為小于1ns，然后經(jīng)Chopping開關(guān)(軸向火花隙氣體開關(guān))再截?cái)嘣撁}沖后沿，從而將裝置的輸入脈沖整形為前沿約為1ns，寬度約為2?6ns的亞納秒脈沖輸出，然后通過平板輸出接口進(jìn)入柔性輻射裝置的效應(yīng)區(qū)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于平板傳輸線P-C型高功率亞納秒脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于:包括Peaking開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(2)、Chopping開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(3)、Peaking開關(guān)輸入極板(1)、Chopping開關(guān)輸入輸出極板(4)、Peaking開關(guān)輸出極板(7)、Peaking開關(guān)陽極頭(5)、Peaking開關(guān)陰極頭(6)、Chopping開關(guān)陽極頭(8)、Chopping開關(guān)陰極頭(9)、單向閥主體(10)； 所述Peaking開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(2)和Chopping開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(3)通過多個(gè)PVC緊固螺栓(11)扣合構(gòu)成圓柱形有機(jī)玻璃高氣壓腔體； 所述Peaking開關(guān)輸入極板⑴設(shè)置在Peaking開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(2)內(nèi)，所述Peaking開關(guān)輸出極板(7)設(shè)置在Peaking開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(2)和Chopping開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(3)扣合處，所述Chopping開關(guān)輸入輸出極板(4)設(shè)置在Chopping開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(3)內(nèi)，所述Peaking開關(guān)輸入極板(I)、Peaking開關(guān)輸出極板(7)、Chopping開關(guān)輸入輸出極板(4)平行設(shè)置； 所述Peaking開關(guān)陽極頭(5)固定在Peaking開關(guān)輸入極板(I)的下方； 所述Peaking開關(guān)陰極頭(6)固定在Peaking開關(guān)輸出極板(7)的上方，其中心設(shè)置有氣體通道； 所述Chopping開關(guān)陽極頭(8)固定在Peaking開關(guān)輸出極板(7)的下方，其中心設(shè)置有氣體通道； 所述Chopping開關(guān)陰極頭(9)與單向閥主體(10)同軸連接，其中心設(shè)置有氣體通道； 所述單向閥主體(10)固定在Chopping開關(guān)輸入輸出極板⑷上方，其出口端與Chopping開關(guān)陰極頭(9)的氣體通道聯(lián)通，其入口端設(shè)置在Chopping開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(3)的外端面上； 所述Peaking開關(guān)輸入極板(I)的圓周一側(cè)設(shè)置有多個(gè)接線孔，其通過平板傳輸線與脈沖源的正極連接； 所述Peaking開關(guān)輸出極板(7)的圓周相對(duì)一側(cè)設(shè)置有多個(gè)接線孔，其通過平板傳輸線輸出亞納秒脈沖正極； 所述Chopping開關(guān)輸入輸出極板(4)的圓周兩側(cè)分別設(shè)置有多個(gè)接線孔，其一側(cè)通過平板傳輸線與脈沖源的負(fù)極連接，其另一側(cè)通過平板傳輸線輸出亞納秒脈沖負(fù)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平板傳輸線P-C型高功率亞納秒脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于: 所述Peaking開關(guān)陽極頭(5)中心設(shè)置有氣體通道；所述脈沖產(chǎn)生裝置還包括設(shè)置在Peaking開關(guān)有機(jī)玻璃氣腔(2)外端面的氣壓表；所述氣壓表與Peaking開關(guān)陽極頭(5)的氣體通道聯(lián)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于平板傳輸線P-C型高功率亞納秒脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于: 所述Peaking開關(guān)輸入極板(I)、Peaking開關(guān)輸出極板(7)、Chopping開關(guān)輸入輸出極板(4)的圓周側(cè)面設(shè)置有切線斷面，所述多個(gè)接線孔并排設(shè)置在切線斷面上。
【專利摘要】本實(shí)用新型提出的基于平板傳輸線P-C型高功率亞納秒脈沖產(chǎn)生裝置，突破了傳統(tǒng)同軸線結(jié)構(gòu)的亞納秒脈沖產(chǎn)生裝置設(shè)計(jì)模式，其輸入、輸出接口為平板傳輸線，裝置的平板電極引線與同軸開關(guān)電極之間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，較好地解決了高電壓絕緣、高壓氣體密封和開關(guān)多通道放電的形成等技術(shù)問題，有機(jī)玻璃高壓氣腔，使得裝置的開關(guān)放電過程清晰可見，為氣體開關(guān)研究提供了便利。
【IPC分類】H03K3-55
【公開號(hào)】CN204304957
【申請?zhí)枴緾N201420721829
【發(fā)明人】劉鋒, 易韻, 邵賢忠, 李宏云, 王希波, 王立奎, 陳彬, 鄭翠微, 周世友, 胡成寶, 雷飛, 孫剛, 李繼濤, 毛龍彪, 李志鋒, 郭勇
【申請人】西北核技術(shù)研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年11月26日