高功率超宽带脉冲辐射实验装置研制.pdf

　第 17 卷 　第 8 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 17 ,No . 8 　 　2005 年 8 月 H I GH PO W ER L A SER AND PA R T ICL E B EA M S A ug . ,2005 　 文章编号 : 　100 14322 (2005) 高功率超宽带脉冲辐射实验装置研制 1 1 1 2 1 1 2 1 杨周炳 , 　孟凡宝 , 　马弘舸 , 　谢 　敏 , 　陆 　巍 , 　陈志刚 , 　冯宗明 , 　廖 　勇 ( 1. 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 62 1900 ; 　2 . 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 62 1900) 　　摘 　要 : 　研制了高功率超宽带脉冲辐射实验装置 。该装置主要由脉冲充电电源 、超宽带脉冲产生装置 、 超宽带脉冲发射天线三部分组成 。达到的主要指标为 :脉冲电源输出电压 600 kV 、重复频率 100 Hz ;脉冲压缩 输出峰值功率约 10 GW 、脉宽 1. 2 n s ;在辐射天线轴上 220 m 处 ,辐射峰值电场 16 . 1 kV/ m 、等效辐射功率 0 . 42 ×1012 W ;辐射场 E 面方向图半功率宽度为 8°, H 面方向图半功率宽度为 9°。 　　关键词 : 　超宽带 ; 　低阻抗 ; 　天线 ; 　快速开关 　　中图分类号 : 　 TN 122 . 5 　　　　文献标识码 : 　A 　　超宽带微波技术利用脉冲压缩技术 、亚纳秒开关与脉冲形成技术产生单周期或冲击脉冲 ,通过超宽带天线 进行辐射 。其辐射的超宽带电磁脉冲体现出宽频带特性 ,较容易覆盖 目标的响应频率 ,有着非常广阔的应用前 景 。美国和俄罗斯非常重视超宽带高功率微波的研究[ 1 ] , 自20 世纪 80 年代初开始在理论和实验等方面开展 了大量工作 。我们为验证在低阻抗条件下 ,产生高功率冲击脉冲的能力和探索高功率辐射问题 ,开展了超宽带 脉冲辐射实验装置研究 。 1 　实验装置 　　高功率超宽带脉冲辐射实验装置主要由脉冲充电电源 、超宽带脉冲产生装置 、超宽带脉冲发射天线三部分 组成 ,脉冲充电电源产生高压脉冲 ,脉冲产生装置将高压脉冲进一步压缩 ,然后通过发射天线向空间辐射 。 1 . 1 　脉冲充电电源 　　脉冲充电电源采用磁开关技术和两级变压器升压的工作方式 ,如图 1 所示 ,首先高压直流电源对一个储能 电容器组充电;通过氢闸流管 , 以谐振充电方式 ,将储能电容器库中的一部分能量 ,转移到中间储能电容器组 中;然后 ,通过另一只氢闸流管 , 以谐振充电方式 ,将中间储能电容器组中的能量 ,经第一级脉冲变压器升压后 , 转移到脉冲形成电容器组中;最后 ,通过磁开关 , 以谐振充电方式 ,将脉冲形成电容器组中的能量 ,经第二级脉 冲变压器升压后 ,转移到负载电容器上 。 Fig . 1 　Schematic circuit diagram of p ul se char ge source 图 1 　脉冲充电电源线路原理图 　　脉冲电源设计时 ,采纳了以前的工作经验并采用数值模拟计算 ,有效解决了绝缘 、脉冲变压器的耦合系数 、 回路中杂散电感 、变压器铁芯的复位等问题 ,确定了各部件的参数和分布 。数值模拟结果显示 ,脉冲变压器的 器 的耦合系数要超过0 . 90 ,脉冲变压器能量效率超过70 % 。理论计算输出电压600 kV , 负载 电容充电时间 收稿 日期 :20050 12 1 ; 　　修订日期 基金项目: 国家 863 计划项 目资助课题 ( ) 作者简介 :杨周炳 197 1 — ,男 ,副研究员 ,主要