一種新型的高功率微波脈沖功率源研究

從微波器件角度提出一種新型脈沖功率源，采用脈沖空心變壓器技術(shù)路線，通過特殊設(shè)計，使初級線圈不僅為次級線圈提供變化磁通，也產(chǎn)生脈沖高壓，脈沖高壓對脈沖形成線充電，然后產(chǎn)生微波器件需要的電子束，同時初級線圈也可以為微波器件提供相應(yīng)較強(qiáng)的引導(dǎo)磁場，從而實(shí)現(xiàn)脈沖功率源同時為微波器件提供電子束和相應(yīng)的引導(dǎo)磁場。該新型脈沖功率源可以在一定工作范圍內(nèi)較好地提高脈沖功率源的利用效率，尤其是在小型化結(jié)構(gòu)方面更為明顯。
關(guān) 鍵 詞 脈沖空心變壓器; 高功率微波; 形成線; Tesla變壓器
中圖分類號 TN61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A
Investigation of a Novel Pulse Power Supply for High Power Microwave
LIAO Xu，REN Xue-zao，ZHOU Zi-gang，LI Zheng-hong
(Science College, Southwestern University of Science and Technology Mianyang Sichuan 621021)
Abstract An air core pulse transformer is specially designed to provide the high power electron beam and required magnetic field for the high power microwave device simultaneously. First, the primary coils produce the changing magnet field after the primary capacitor discharges. Then a high voltage pulse is induced in the secondary coils to charge the Pulse Form Line (PFL). The magnetic field produced by the primary coils can keep a very high value when the voltage on PFL reaches the required value (not the highest value). Finally, the main switch is triggered when the required value of the voltage on PFL is reached. So the power supply can provides the electron beam and the required guiding magnet field for microwave device simultaneously when it is properly designed.
Key words air core pulse transformer; high power microwave; form line; Tesla transforme

高功率微波利用脈沖功率提供脈沖高壓[1]，產(chǎn)生驅(qū)動微波管的電子束。在微波管中，束波轉(zhuǎn)換效率同電子束引導(dǎo)磁場的關(guān)系密切[2]。通常，引導(dǎo)磁場是外加的，而且可以是超導(dǎo)磁鐵[3]，缺點(diǎn)是整個設(shè)備的體積大、重量大、運(yùn)行成本高、效率低[4]。目前大多數(shù)脈沖功率源采用變壓器技術(shù)，在變壓器磁芯中的磁場較強(qiáng)，不僅可以產(chǎn)生脈沖高壓，還可以為微波器件提供引導(dǎo)磁場。如采用脈沖空心變壓器技術(shù)路線，通過特殊設(shè)計，初級線圈不僅為次級線圈提供變化磁通產(chǎn)生需要的高壓脈沖，同時也為微波器件提供相應(yīng)的引導(dǎo)磁場，這樣的技術(shù)路線可以在一定工作范圍(如脈沖功率電壓較低的情況)內(nèi)提高脈沖功率源的利用效率，尤其是在小型化結(jié)構(gòu)方面[5-9]更是如此。
1 電路分析(雙共振電路)
脈沖空心變壓器技術(shù)線路如圖1所示。初級線圈不僅為次級線圈提供產(chǎn)生變化磁通需要的高壓脈沖，同時初級線圈磁場可以作為微波器件的引導(dǎo)磁場，其過程為：
初級能源系統(tǒng)的電容對初級線圈放電，產(chǎn)生一個變化的磁場，同時在次級線圈也感應(yīng)出一個脈沖高壓對脈沖形成線充電，當(dāng)對脈沖形成的線充電電壓達(dá)到一定值時，在初級線圈中的磁場仍處于較高的水平，啟動觸發(fā)開關(guān)，形成線陰極放電產(chǎn)生電子束，初級線圈能為電子束通過微波器件提供一個較強(qiáng)的引導(dǎo)磁場。