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全同轴型Marx发生器的研制与场路协同仿真

王翔宇 樊亚军 乔汉青 卢彦雷 朱郁丰 夏文锋 张兴家

王翔宇, 樊亚军, 乔汉青, 等. 全同轴型Marx发生器的研制与场路协同仿真[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 115001. doi: 10.11884/HPLPB201931.190125
引用本文: 王翔宇, 樊亚军, 乔汉青, 等. 全同轴型Marx发生器的研制与场路协同仿真[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 115001. doi: 10.11884/HPLPB201931.190125
Wang Xiangyu, Fan Yajun, Qiao Hanqing, et al. Design of a coaxial Marx generator and field-circuit co-simulation[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 115001. doi: 10.11884/HPLPB201931.190125
Citation: Wang Xiangyu, Fan Yajun, Qiao Hanqing, et al. Design of a coaxial Marx generator and field-circuit co-simulation[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 115001. doi: 10.11884/HPLPB201931.190125

全同轴型Marx发生器的研制与场路协同仿真

doi: 10.11884/HPLPB201931.190125
详细信息
    作者简介:

    王翔宇(1993—), 男,硕士,从事超宽谱高功率微波研究; wangxiangyu@nint.ac.cn

  • 中图分类号: TN782

Design of a coaxial Marx generator and field-circuit co-simulation

  • 摘要: 针对Marx发生器小型化的应用需求和快前沿脉冲下Marx发生器内部存在波过程的实际情况,开展了全同轴结构Marx发生器的研制和场路协同仿真。Marx发生器采用基于环形电容器、环形开关、锥形隔离电感、轴心单边充电的全同轴结构方案,避免结构偏心带来的局部场增强效应。在CST软件中建立了Marx发生器实际结构模型,利用时变材料和场路协同仿真功能实现了充放电过程的动态仿真,仿真结果显示出快前沿脉冲下Marx发生器内部存在波过程。据此可以对绝缘设计进行优化,并分析结构参数对输出脉冲的影响。研制的5级Marx发生器体积小于0.015 m3,可在10 μs内充电至88 kV,对40 Ω传输线输出峰值电压210 kV的高压脉冲,峰值功率约1.1 GW,脉冲前沿5.3 ns,半高宽11.2 ns。
  • 图  1  同轴型Marx发生器结构示意图

    Figure  1.  Structure of coaxial Marx generator

    图  2  同轴型Marx发生器电路原理图

    Figure  2.  Circuit diagram of coaxial Marx generator

    图  3  CST中的Marx发生器场路协同仿真模型

    Figure  3.  Field-circuit co-simulation model of Marx generator in CST

    图  4  开关导通前后Marx发生器内部的电场仿真结果

    Figure  4.  E-field distribution in Marx generator before and after the switch closing

    图  5  充电杆末端和末级电容外边缘的电场仿真结果

    Figure  5.  E-field at the ending of charging rod and outer edge of last capacitor

    图  6  不同开关状态下,Marx发生器输出脉冲电压仿真结果

    Figure  6.  Voltage discharging curves under different switch conditions

    图  7  Marx发生器实验平台

    Figure  7.  Marx generator experimental platform

    图  8  Marx发生器充放电电压波形

    Figure  8.  Charging and discharging voltage curve

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-23
  • 修回日期:  2019-08-20
  • 刊出日期:  2019-11-15

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