微分积分型脉冲高压分压器的研制

摘要

由于科技的迅猛发展，我们所处的生活环境在不断发生变化，电磁危害无处不在。电磁脉冲是一种瞬态电磁现象，从时域上看，具有极快速的前沿，较窄的脉宽;从频域上看，覆盖了较宽的频带。因此在高压脉冲的产生、实验系统的搭建中，测量方法一直是脉冲电磁场研究领域的重点也是难点。本文设计了微分积分型的脉冲高压分压器，响应时间.1ns左右，可耐脉冲电压峰值20kV以上。主要研究内容如下:
　　1)对电磁脉冲信号从时域和频域上的特点进行分析，从理论上对微分积分型测量系统的各个参数对测量性能的影响进行分析，介绍了基于微分积分型脉冲高压分压器的实现方法。
　　2)对同轴型微分器用CST仿真的方法，确定微分探针的形状、大小和位置对微分信号和传输信号的影响。再对微分器外导体和内导体进行设计，内外导体尺寸要满足特性阻抗的匹配，内外导体之间添加介质以提高耐压性并且可以增加内外导体之间的距离。设计的微分器时间响应在1ns以内，频率响应能够达到3GHz以上。
　　3)对于积分环节采用三种不同方法。第一种用软件积分方法。第二种使用无源积分器，通过Cadence仿真分析了各个杂散参数和分布参数对积分器频带的影响大小，得出积分电阻上的分布电容和积分电容上的杂散电感对频带影响最大，选择多个低阻值电阻串联作为积分电阻和穿芯电容作为积分电容，可以减小这两个杂散参数，设计的无源积分器频率范围为3MHz～310MHz。第三种是有源积分方法，设计中增加反馈电阻来减小积分“漂移”，通过元器件的选择、优化布局布线、旁路和接地等方法增加频带宽度，设计的有源积分器频带下限为35.1kHz，通过选择合适的积分电容，频率上限能到80MHz。
　　4)对测试高压线缆和接头进行耐高压设计，并选择性能良好的电阻分压器进行对比试验。测量结果表明，有源积分器测量波前时间最短，无源积分器、软件积分法和电阻分压器基本相同;软件积分波尾时间最长，无源积分器由于受到分压比限制，波尾时间短，误差较大。分压比稳定性软件积分法最好，无源积分器由于过大的分压比导致稳定性最差。软件积分方法能够满足测量纳秒级高电压测试要求，无源积分器波尾误差较大，有源积分器波形抖动较大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状、发展动态

1．2．1 纳秒级高压电磁脉冲信号测量研究现状

1．2．2 微分积分测量系统研究现状

1．3 本课题研究的主要内容

第二章 微分积分型电压分压器的原理

2．1 典型电磁脉冲波形分析及测试要求

2．2 微分积分测量系统的原理

2．2．1 微分积分测量系统的组成

2．2．2 微分积分测量系统的时域分析

2．2．3 微分积分测量系统频域分析

2．3 基于微分积分型脉冲高压分压器实现方法

2．4 本章总结

第三章 同轴型微分器的研制

3．1 同轴型微分器工作原理

3．1．1 同轴微分器输出与脉冲输入的关系

3．1．2 实现微分输出的条件

3．2 微分结构仿真

3．2．1 仿真模型的建立

3．2．2 探针长度对检测信号和传输信号的影响

3．2．3 探针形状对检测信号和传输信号的影响

3．2．4 探针大小对检测信号和传输信号的影响

3．3 微分结构设计和性能测试

3．3．1 结构整体设计

3．3．2 微分器性能测试

3．4 本章总结

4．1 积分环节概述

4．3 无源积分器

4．3．1 无源积分器基本原理

4．3．2 无源积分器带宽分析

4．3．3 同轴型无源积分器的设计方案

4．3．4 各部分元器件的选取

4．3．5 同轴无源积分器的测试

4．4 有源积分器

4．4．1 有源积分器的原理

4．4．2 误差分析

4．4．3 有源积分器的设计

4．4．4 有源积分器性能测试

4．5 本章总结

第五章 微分积分型高压分压器的测试

5．1 高压电磁脉冲测量系统的建立

5．1．2 高压高频线缆

5．1．3 匹配装置GTEM小室原理

5．1．4 电阻分压器

5．2 微分积分高压分压器性能测试及分析

5．2．1 归一化波形测量分析

5．2．2 分压比测量分析

5．3 本章总结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献