使用六氟化硫 (SF6)及其混合气体做绝缘介质, 并提高工作气压, 增加绝缘强度, 利于实现Marx发生器的小型化、轻量化。为保障 Marx发生器的顺利建立, 一般需要使用触发电源。某些场合下, 去掉触发源, Marx依靠开关自击穿建立, 可提升 Marx发生器的使用便利性, 降低维护难度。搭建了 14级气绝缘 Marx发生器, 当工作气压逐渐升高时, Marx发生器依靠开关自击穿建立变得困难。对 Marx发生器建立过程进行理论分析及开关电极的优化验证实验, 改进了 Marx发生器开关的电极形状及组合形式。实验表明, 改进后的 Marx发生器在高气压下的自击穿建立概率提高了。研制的 Marx发生器工作在 0.25 MPa的六氟化硫下, 结构紧凑, 体积较小, 在 45 .的水负载上获得约7 GW, 脉宽70 ns的电压输出。ZHANG Beizhen, WANG Ganping, SONG Falun, LUO Guangyao, YANG Xiaoliang

基于CompactRIO嵌入式技术，采用LabVIEW图形化编程开发平台设计了一种应用于高功率微波(HPM)源的控制系统，详细阐述了系统的结构设计和实现方法。控制系统利用不同模块完成过程控制、数据处理、数据采集等多种任务；采用串行通信和光纤传输等技术，实现监控和数据通信，提高系统的运行性能和可扩展性。实验过程中，基于CompactRIO的控制系统工作稳定，测控效果良好，为进一步开展HPM源技术验证试验奠定一定的技术基础。

基于单电子在电磁场中的运动理论, 对某过模微波器件, 用无箔二极管通过分析其导引螺旋管磁场和电子发射区电场的分布与相互关系, 证明了电子回流与电子束传输效率密切相关。效率实验研究表明: 对大尺寸导引磁场, 不同半径薄环阴极发射电子束电功率有较大区别; 如果电子束半径小于50 mm, 二极管效率大于95%; 如果电子束半径大于90 mm, 二极管效率小于75%。

基于高功率重复频率脉冲功率源的需求, 开展了高功率脉冲充电电源的重复频率特性研究, 分析了基于全桥串联谐振充电原理的恒流充电技术。根据高功率Marx型脉冲功率源的工作要求, 计算了串联谐振充电的各个关键参数。研制的紧凑型高功率脉冲充电电源, 最大输出电压±50 kV, 充电电流2.5 A, 重复频率1~50 Hz连续可调, 可在重复频率条件下长时间稳定运行。该充电电源体积小、质量轻、抗干扰能力和抗负载短路能力强, 已经应用于高功率重复频率脉冲功率源技术研究, 实现了10万次重复频率无故障运行。

利用碳酸钡基材料研制了一种环形脉冲形成线。对脉冲形成线的材料特性、电场分布对耐压影响进行分析和研究, 通过优化结构设计、材料特性, 提高了环形脉冲形成线的耐压水平。利用此脉冲形成线建立了37级Marx发生器, 此发生器通过电感进行并联充电和串联放电工作。使用电磁仿真软件对系统结构进行了三维电场分析, 分析结果表明,采用此环形脉冲形成线能够实现同轴设计, 电场更加均匀, 确定了满足紧凑化的最佳外形尺寸。实验结果表明,设计的脉冲功率驱动源在充电电压为±19 kV的条件下, 在二极管负载下得到了输出半高宽为65 ns、电压为680 kV的快高压脉冲。

传统的高功率重复频率脉冲功率源通常以低电压储能、升压、高压脉冲形成线、输出的顺序工作。因而系统至少包括低压储能和高压脉冲形成线两个储能环节, 同时高压脉冲形成线的体积随着电压的升高快速增长。针对这些问题, 课题组提出了一种高功率重复频率Marx型脉冲功率源小型化研究的设计思路和实现方式, 并开展了相关技术研究。主要介绍了课题组在关键技术上取得的重要进展, 包括高储能密度的储能/脉冲成形一体化技术、低抖动重复频率气体开关技术、低抖动高能触发技术、紧凑型Marx高压串叠技术等一系列关键技术。同时介绍了课题组研制的几种典型紧凑结构重复频率Marx型脉冲功率装置: 同轴结构快Marx发生器、基于薄膜介质线的脉冲功率源、模块化低阻抗紧凑型Marx发生器、20 GW高功率重复频率脉冲驱动源。通过探讨关键技术研究及其发展现状, 为未来脉冲功率源小型化研究的发展和应用方向提供参考。

针对高功率微波(HPM)源的引导磁场需求, 设计并研制了一套基于超级电容储能方式的秒级脉冲磁场系统。首先简要说明了基于超级电容储能方式磁场系统的基本原理和计算方法, 接着详细讨论了超级电容磁场电源设计和对应的螺线管磁场线圈设计, 最后通过模拟和实验验证了储能型磁场系统可以输出秒级磁场脉冲, 满足高功率微波磁场需求。结果显示, 超级电容脉冲磁场输出稳定, 磁场位形较好, 比较适宜于高功率微波源系统的外加磁场系统。最后分析了设计和仿真过程中的问题并展望了此类技术的应用前景。

集成门极换流晶闸管(IGCT)开关具有耐压高、通流能力强、工作重频高的特点, 然而在纳秒级脉冲功率系统中应用较少。本文以株洲南车生产的非对称性IGCT做开关, 通过搭建脉冲形成网络(PFN)纳秒级放电回路, 初步研究了IGCT在快放电过程中的开关导通情况。通过理论分析、数值模拟和实验验证发现, 目前工业领域的IGCT器件由于触发电流难以有效扩展导通, 导致IGCT导通速度存在饱和值, 很难在纳秒级别的脉冲下直接实现开关作用, 但可以作为脉冲压缩的前级开关使用。

介绍了一种基于薄膜介质线的紧凑型脉冲功率源的设计与实验,脉冲功率源系统体积约0.5 m3,输出功率大于4 GW、脉宽约150 ns。该脉冲功率源采用模块化设计,系统主要包括充电组件、薄膜介质线模块和气体火花间隙开关组三个部分。薄膜介质线储能介质为聚酰亚胺薄膜,为抑制电磁耦合以及电晕现象,匝间距选为30 mm。优化设计的三电极场畸变开关直径150 mm、高45 mm、电感值16.2 nH。为降低系统电感,薄膜介质线模块与开关间采用传输线的布线方式,中间绝缘采用聚酰亚胺膜,在2 mm间距下实现了100 kV耐压。