一种新型的高功率微波脉冲功率源研究

从微波器件角度提出一种新型脉冲功率源，采用脉冲空心变压器技术路线，通过特殊设计，使初级线圈不仅为次级线圈提供变化磁通，也产生脉冲高压，脉冲高压对脉冲形成线充电，然后产生微波器件需要的电子束，同时初级线圈也可以为微波器件提供相应较强的引导磁场，从而实现脉冲功率源同时为微波器件提供电子束和相应的引导磁场。该新型脉冲功率源可以在一定工作范围内较好地提高脉冲功率源的利用效率，尤其是在小型化结构方面更为明显。关  键  词  脉冲空心变压器;  高功率微波;  形成线;  Tesla变压器中图分类号  TN61  文献标识码  AInvestigation  of  a  Novel  Pulse  Power  Supply  for  High  Power  MicrowaveLIAO  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高功率微波利用脉冲功率提供脉冲高压[1]，产生驱动微波管的电子束。在微波管中，束波转换效率同电子束引导磁场的关系密切[2]。通常，引导磁场是外加的，而且可以是超导磁铁[3]，缺点是整个设备的体积大、重量大、运行成本高、效率低[4]。目前大多数脉冲功率源采用变压器技术，在变压器磁芯中的磁场较强，不仅可以产生脉冲高压，还可以为微波器件提供引导磁场。如采用脉冲空心变压器技术路线，通过特殊设计，初级线圈不仅为次级线圈提供变化磁通产生需要的高压脉冲，同时也为微波器件提供相应的引导磁场，这样的技术路线可以在一定工作范围(如脉冲功率电压较低的情况)内提高脉冲功率源的利用效率，尤其是在小型化结构方面[5-9]更是如此。1  电路分析(双共振电路)脉冲空心变压器技术线路如图1所示。初级线圈不仅为次级线圈提供产生变化磁通需要的高压脉冲，同时初级线圈磁场可以作为微波器件的引导磁场，其过程为：初级能源系统的电容对初级线圈放电，产生一个变化的磁场，同时在次级线圈也感应出一个脉冲高压对脉冲形成线充电，当对脉冲形成的线充电电压达到一定值时，在初级线圈中的磁场仍处于较高的水平，启动触发开关，形成线阴极放电产生电子束，初级线圈能为电子束通过微波器件提供一个较强的引导磁场。