用于新型等离子天线的高压高频短脉冲源的研究

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等离子体在工业及军事上具有十分广阔的应用前景。基于等离子体的一些特殊性质,等离子天线相比传统天线具有许多优势。常见等离子天线中用以激励和维持等离子体的方式有高压、射频、激光、超声波等,存在响应慢或难以自持等问题。全光等离子天线的激励和维持都基于真空紫外光,在敏捷性上具有传统等离子天线无法比拟的优势。基于介质阻挡放电(DBD)原理的准分子灯是全光等离子天线的重要组成部分,该灯同时也是现代工业产生真空紫外光(VUV)的重要手段。最新研究表明高压、高频、短脉冲源是高效DBD准分子灯得以实现的基础。本文在对DBD放电辐射的物理学原理予以阐述基础上,建立了放电结构的等效电路模型,通过边缘效应的引入,推导出了完整的、更为精确的击穿电压计算方法,并根据文献中的实验数据在一定程度上证实了此方法的正确性;总结了电源的电压幅值与频率对放电功率的影响。在此基础上提取了适于全光等离子天线的高压高频短脉冲源的设计指标。在此基础上,本文详细探讨了短脉冲源的设计方案,并对脉冲源各主要模块进行了参数分析与功能分析,提出了“以高压、低速、低占空比开关为基础,构建400kHz高速、高压、短脉冲”的短脉冲源解决方案。继而,本文进一步讨论了电路负载、源端电阻及MOSFET极间电容分别对开关切换速度及系统能量损耗的影响,进一步证实了基于此方案通过单路低占空比、低速开关实现高速脉冲的可能性。针对上述方案,本文开展了高速短脉冲实验系统的研制,成功获取了低压(50V)及中压(500V)条件下频率达400kHz连续短脉冲;通过电路仿真软件(Multisim)仿真,得到了高压工作条件(6400V)情况下八路开关并联工作的电路原理图及波形图,初步证实了利用低占空比脉冲级联生成高占空比脉冲方案的可行性。
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