Marx发生器作为高功率微波辐射系统的驱动源, 较易实现高输出峰值电压、结构紧凑、体积小, 在系统小型化研究方面占据优势。介绍了紧凑型重复频率Marx发生器的结构特点, 通过理论分析和实验研究, 研制1台14级重复频率Marx发生器。采用正负双边恒流充电及全电感隔离, 减小了能量损失, 提高了Marx发生器工作重复频率。采用火花间隙开关和Marx绝缘一体设计, 省略电容充电对地回路, 使整个系统结构更加紧凑、简便, 整个Marx发生器被放置在一个密封的金属圆筒内, 圆筒内充SF6气体进行高压绝缘。通过调试, Marx发生器实现稳定、重复频率工作, 充0.16 MPa的SF6时, 输出电压约为475 kV, 脉冲前沿约为20 ns, 可以在重复频率1~20 Hz下稳定运行。

设计一种紧凑型重复频率快前沿Marx发生器, 采用3.3 nF陶瓷电容器作为储能电容, 螺旋形空芯电感作为充电电感, 通过各级气体火花开关迅速放电在负载上建立了陡化前沿的输出电压波形。将电容器、气体开关、充电及隔离电感设计为同轴一体化结构, 整个Marx发生器放置在一个密封的金属圆筒内, 通过充氮气或者六氟化硫气体来绝缘。在考虑开关电极分散电容、回路电感等因素基础上, 利用自击穿火花开关模型建立了等效放电电路模型, 并利用PSpice电路模拟软件进行了数值模拟。在理论分析的基础上, 通过优化电路结构, 完成了12级Marx发生器的设计与研制。在50 Ω电阻负载上获得了电压150 kV、脉宽30 ns、上升时间10 ns的脉冲波形, Marx发生器可60 Hz重复频率运行, 与模拟结果基本一致。

介绍了发生器的结构特点,采用有限元数值方法对开关腔体内静电场进行了3维模拟计算,通过理论分析和实验研究,研制了1台12级重复频率Marx发生器,该发生器采用正负双边恒流充电方式及全电感隔离,其主要元器件间基本呈无感排列,结构简单、紧凑。实验结果显示:发生器输出电压为532 kV,脉冲前沿约40 ns,建立时间约32 ns;开关腔内充纯净SF6气体,可以在重复频率1~50 Hz下稳定运行。

将10级陡化前沿Marx发生器由电阻隔离型改造成为电感隔离型,以便对其开展重频特性研究。通过恒压源充电的单次实验发现,发生器在氮气(N2)中工作时,两种隔离方式的输出脉冲波形基本一致,然而在六氟化硫(SF6)气体中工作时,电感隔离型相对于电阻隔离型的输出脉冲前沿较慢;对其原因做出了初步分析。在利用恒流充电装置充电的重频实验过程中,通过采用提高充电电流的方法,解决了发生器恒流充电时的充电脉动问题,进而开展了重复频率运行实验研究。实验结果表明,在不对开关进行吹气的情况下,当充电30 kV时,发生器可以在8.2 Hz的重频下稳定工作,输出脉冲的重叠一致性比较好,输出电压约为150 kV,电流约为1.8 kA,脉冲前沿为十几ns。