基于光导开关的Blumlein线研究

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随着高功率脉冲在等离子体物理、高功率微波以及生物电磁学等多方面的广泛应用,对于高功率脉冲源的研究显得越发重要。而光导开关(PCSS)作为新型的固体开关,具有导通速度快、功率容量大、重复频率高、结构简单、体积小等传统开关所不具备的优点。光导开关中以GaAs材料制作的开关是现阶段应用较多的,它能够承受较大的偏置电压。GaAs材料存在线性和非线性两种工作模式,两种模式下具有不同的性质。光导开关结合Blumlein线可以应用于高压脉冲,或者超宽带信号源的设计,用做超宽带雷达、电子战以及生物电磁学和民用领域的高压脉冲源。本文研究的内容是基于光导开关的Blumlein线,光导开关采用的是GaAs材料和异面电极的结构,两电极间隙为3mm,采用的直流充电电压最高12kV,电压可调。然后设计了光导开关所需要的光脉冲产生电路,即激光二极管的驱动电路,利用型号为IPD78CN10NG的MOS管来产生激光二极管所需要的脉冲电流,可以通过不同的漏极电压实现电流的改变,从而控制其输出功率。接下来在所用光导开关的基础上设计相应的Blumlein线。先在基本原理方面进行阐述,然后通过理论推导出任意级数的Blumlein线的负载输出脉冲值的计算公式,之后通过Pspice和CST两个软件分别从路和场的角度进行仿真分析,探究影响输出脉冲的因素,并设计测试了单级Blumlein线。在充电电压为9.75kV的情况下,能够实现8.31kV的脉冲输出。在单级的基础上,讨论了多级Blumlein线的叠加方式,并就各方法的优缺点进行讨论,然后提出一种新的叠加方法,并设计了从两级到五级的结构。在后面的实验中,对两级的Blumlein线进行了加工测试,结果表明其能够实现效率为72.7%的脉冲输出,但是半峰值脉冲宽度为1.52ns,略大于预期目标。
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