留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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

  • [1] Chen Y J, Neuber A A, Mankowski J, et al. Design and optimization of a compact, repetitive, high-power microwave system[J]. Review of Scientific Instruments, 2005, 76: 104703. doi: 10.1063/1.2093768
    [2] Martin B, Raymond P, Wey J. New model for ultracompact coaxial Marx pulse generator simulations[J]. Review of Scientific Instruments, 2006, 77: 043505. doi: 10.1063/1.2194087
    [3] 张晋琪, 廖勇, 谢平, 等. 小型化紧凑型高功率宽谱源[J]. 强激光与粒子束, 2014, 26: 073001. doi: 10.11884/HPLPB201426.073001

    Zhang Jinqi, Liao Yong, Xie Ping, et al. Miniaturized and compact high power wide-band source. High Power Laser and Particle Beams, 2014, 26: 073001 doi: 10.11884/HPLPB201426.073001
    [4] Lynn C, Neuber A, Matthews E, et al. A low impedance 500 kV 2.7 kJ Marx generator as testbed for vacuum diodes[C]//IEEE International Power Modulator and High Voltage Conference. 2010: 417-420.
    [5] 李志强, 杨建华, 张建德, 等. 紧凑型重频PFN-Marx脉冲发生器[J]. 强激光与粒子束, 2016, 28: 015013. doi: 10.11884/HPLPB201628.015013

    Li Zhiqiang, Yang Jianhua, Zhang Jiande, et al. A compact repetitive PFN-Marx generator. High Power Laser and Particle Beams, 2016, 28: 015013 doi: 10.11884/HPLPB201628.015013
    [6] 伍有成, 何泱, 戴文峰, 等. 高功率紧凑型重频快Marx脉冲驱动源[J]. 强激光与粒子束, 2017, 29: 055003. doi: 10.11884/HPLPB201729.170040

    Wu Youcheng, He Yang, Dai Wenfeng, et al. High power compact repetitive fast Marx pulsed power source. High Power Laser and Particle Beams, 2017, 29: 055003 doi: 10.11884/HPLPB201729.170040
    [7] Gao Jingming. Research on a wave erection Marx generator and its applications. Changsha: National University of Defense Technology, 2009: 23-31
    [8] 刘锡三. 高功率脉冲技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2005.

    Liu Xisan. High power pulsed technology. Beijing: National Defense Industry Press, 2005
    [9] 甘延青, 宋法伦, 卓婷婷, 等. 同轴结构快Marx发生器设计及实验[J]. 太赫兹科学与电子信息学报, 2014(1): 89-92. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XXYD201401020.htm

    Gan Yanqing, Song Falun, Zhuo Tingting, et al. Design and experimental research on a coaxial configuration Marx generator. Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology, 2014(1): 89-92 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XXYD201401020.htm
    [10] Hendriks J, Van der Geer S B, Brussaard G J H. Electrodynamic simulations of a photoconductively switched high voltage spark gap[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2005, 38(16): 2798-2803. doi: 10.1088/0022-3727/38/16/009
  • 加载中
图(8)
计量
  • 文章访问数:  1579
  • HTML全文浏览量:  299
  • PDF下载量:  123
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回