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 A
Investigation of a Novel Pulse Power Supply for High Power Microwave
LIAO 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。