PDF《同轴结构快 Marx 发生器设计及实验》

第12 卷第1期太赫兹科学与电子信息学报 Vo1.

12, No.

1 2014 年2月Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Feb. ,

2014 文章编号:2095-4980(2014)01-0089-05 同轴结构快 Marx 发生器设计及实验 甘延青 a,b ,宋法伦 a,b ,卓婷婷 a,b ,张勇a,b ,秦风a,b ,龚海涛 a,b ,金晓a,b (中国工程物理研究院 a.应用电子学研究所;

b.高功率微波技术重点实验室,四川 绵阳 621999) 摘要:设计了一种紧凑型同轴结构快前沿 Marx 发生器,该发生器采用 3.3 nF 陶瓷电容器作 为储能电容,用螺旋形空芯电感作为充电电感,通过各级气体火花开关迅速放电在负载上产生电 压脉冲.为使整个 Marx 发生器结构紧凑,将电容器、气体开关、充电及隔离电感设计为同轴一体 化结构,并放置在一个密封的金属圆筒内,通过充氮气和六氟化硫的混合气体来绝缘.采用理论 及电路模拟的方法,分析了开关导通状态、分布电容、回路电感等因素对输出波形的影响.Marx 发生器的基本运行参数为: 十二级 Marx 发生器在负载

50 Ω时输出电压

150 kV, 开路电压达

240 kV, 负载输出波形脉冲宽度

25 ns,上升时间约

10 ns,脉冲功率源能量为 7.9 J. 关键词:脉冲功率技术;

Marx 发生器;

同轴结构;

小型化设计 中图分类号:TN98;

TM833 文献标识码:A doi:10.11805/TKYDA201401.0089 Design and experimental research on a coaxial configuration Marx generator GAN Yan-qing a,b ,SONG Fa-lun a,b ,ZHUO Ting-ting a,b ,ZHANG Yong a,b ,QIN Feng a,b ,GONG Hai-tao a,b ,JIN Xiao a,b (a.Institute of Applied Electronics;

b.Laboratory for High Power Microwave Technology,China Academy of Engineering Physics, Mianyang Sichuan 621999,China ) Abstract:A compact, coaxial configuration and fast-rising time Marx generator is designed, which uses a 3.3 nF ceramic capacitor as energy storage capacitor, a spiral-shaped air core inductor as a charging inductor, and generates voltage pulses by a quick gas discharge on the loads. The Marx is fitted into a tube with 14.5 cm diameter and a total length of 47.7 cm. The capacitors, charging inductors and spark gas switches are insulated with mixed gas of Sulfur hexafluoride(SF6) and Nitrogen(N2). By theoretical and circuit simulation, the influences of switch conduction states, distributed capacitance, loop inductance and stray capacitance on the output waveforms are discussed. The voltage output waveform on the load(50 Ω)of Marx generator is analyzed using the PSPICE, which shows that the output voltage is

150 kV, the open circuit voltage is up to

240 kV, the pulse width of load output waveform is about

25 ns with

10 ns rise-time, and energy of pulsed power source is 7.9 J. A lumped circuit description of the Marx that well matches the experimental results is also given. Key words:pulsed power;

Marx generator;

coaxial configuration;

compact 在脉冲功率技术中,Marx 发生器被广泛应用于各种高压脉冲的产生.紧凑型 Marx 发生器,包括用于高阻 抗负载的快前沿 Marx 发生器和用于低阻抗 Z 箍缩负载的快 Marx 发生器,两者都要考虑减小储能电容器电感和 开关电感,以及采用紧凑结构减小电容和开关之间的连接电感.关于快前沿 Marx 发生器的研究,国内外都有开 展.国外紧凑型 Marx 发生器的研究以美国 APELC 公司最具典型,其在紧凑型 Marx 发生器的研究方面处于国际 领先地位,他们研制了各种不同类型的 Marx 发生器[1C3] ,脉冲能量从 mJ 到kJ,峰值电压从几 kV 到几十 kV.他 们的目标是致力于研究便携式的 Marx 发生器.美国德克萨斯大学研制了一种陡化前沿的 Marx 发生器,用于驱 动虚阴极振荡器[4] .国内国防科技大学高景明等人开展了紧凑型快前沿 Marx 发生器的研究[5] ,其研制的 Marx 发 生器脉冲宽度