高功率脈沖變壓器一直是脈沖功率技術研究的個重要內容，在多年的發展中產生了多種多樣的脈沖變壓器裝置，以俄羅斯研制的Sinus系列Tesla變壓器為典型。高功率帶繞式空心脈沖變壓器因其結構簡單、體積小、重量輕等優點而廣泛應用于高功率脈沖調制器中，西北核技術研究所、國防科技大得更寬的脈沖寬度，因此引起了廣泛的關注，俄羅斯大電流所以及國內的西北核技術研究所、國防科大、中國工程物理研究院等單位對此進行了研究，都取得了一定的成果，但離想要的性能指標還有差距，不能同時滿足低阻抗、長脈寬、高輸出功率的要求。

　　介紹可以達到0.9以上，可滿足設計要求。

　　1.2初次級電感選擇變壓器初級回路的雜散電感約為300nH，為了盡量利用電容器的初始儲能以及在次級輸出足夠高的電壓，選擇次級電感為3pH；為了縮短脈沖形成線的充電時間和提高能量轉換效率，脈沖變壓器耦合系數k必須大于0.85；另外根據要求，儲能電容充電70kV時，變壓器次級輸出電壓峰值需達到700kV以上。脈沖變壓器回路等效電路及模擬結果見、2，初級電感為3pH時，選擇次級電感“為400pH，當電容器充電70kV時，變壓器次級輸出電壓仄第1峰值可達720kV，滿足設計要求。

　　式（2）、（3）中：/x.為真空磁導率；l為繞組寬度；N為繞組匝數；為繞組內半徑；r2為繞組外半徑。

　　比較終設計初級2.5匝，次級30匝，比較大外徑480mm，長度300mm，不帶磁芯耦合系數為0.75，帶開路磁心耦合系數約0.88.為了勻化繞組端部的電場分布，在繞組內外層兩端分別設計了6個勻場環，勻場環的比較外段設計為圓弧型，此外因為磁芯材料具有一定的電導性，使磁芯兩端均超出繞組兩端一定寬度，對繞組端部電場起到定程度的勻化作用。為變壓器結構簡圖，為變壓器比較高輸出電壓750kV時繞組附近的電場分布。由、4可見，經過勻場設計后繞組端部沒有明顯的電場集中現象，降低了匝間擊穿的可能性。

　　2螺旋型Blumlein形成線設計2.1內外線阻抗設計為了充分利用徑向絕緣尺寸，選擇等場強設計，即式（4）、（5）中：E+為內筒外表面工作場強，kV/cm；E+為外筒內表面工作場強，kV/cm；UB為中筒充電電壓，kV；ri、r2、r3分別為內筒、中筒、外筒的半徑，cm.為了得到較好的脈沖波形，要求阻抗匹配為式（6）中：Zsi為螺旋Blumlein脈沖形成線（B-PFL）內線阻抗，ft；Zs2為螺旋B-PFL外線阻抗，G；Zd為負載阻抗，ft.利用螺旋B-PFL與普通B-PFL的阻抗轉換關系，得式（7）、（8）中：Z1為普通B-PFL內線阻抗，ft；Z2為普通B-PFL外線阻抗，ft為螺旋B-PFL的螺旋角。

　　為了有效壓縮軸向長度和控制形成線阻抗，選擇螺旋角，其中屮=60.，即t=0.5ts，筆者將ts設計為80ns，對應的普通B-PFL的脈沖寬度t即為40ns.該形成線采用水介質，由此可知螺旋Blumlein形成線均勻段的長度L=（1/60）t=0.67m.外筒內半徑根據實際需要確定為295mm，已知外線阻抗1.6ft、內線阻抗3.4ft，根據同軸線阻抗計算公式式（9）中：r.為外筒半徑，cm；r為內筒半徑，cm；為絕緣介質的相對介電常數。可計算中筒、內筒半徑分別為230mm、130mm.根據計算可知，螺旋線從起點到終點旋轉約0.8周，在圓柱筒上開單根螺旋槽將無法達到電壓波沿螺旋方向行進的效果，因此在圓柱型中筒上均勻分布多根螺旋槽盡量使電壓波沿螺旋方向行進，也可理解為多根同規格螺旋帶圓周上均勻分布、同向并繞兩端并聯，從而形成螺旋型中筒。

　　2.3形成線安全系數估算根據。C.馬丁的擊穿場強經驗公式式（10）、（11）中：尸為正電極擊穿場強，MV/cm；擴為負電極擊穿場強，MV/cm；。為電壓有效作用時間，指脈沖大于63%峰值的時間，xs；A-為負電極電場作用+為正電極電場作用面積，cm2；a為場增強修正因子，1+0.12職腿-￡）-105.根據同軸線的工作場強公式（4）、（5）以及安全系數公式k=E/F，可計算出在不同充電電壓時，內、中、外筒表面的安全系數，根據筆者設計尺寸，當中筒電壓峰值為-700kV、有效作用時間時，外筒內表面安全系數為0.84、內筒外表面安全系數為0.85、中筒內表面安全系數為0.22、中筒外表面安全系數為3功率源整體設計結果脈沖功率源整體結構設計見，包括脈沖電容器、主開關、脈沖變壓器、放電開關、螺旋形成線，總設計長度約2.3m，直徑約0.6m.為了實現低阻抗傳輸以及適當增加輸出脈沖寬度，采用多根螺旋帶并繞與軸線呈60夾角的結構，見。該脈沖功率源的等效電路圖見，中Ci為脈沖電容；Li、Ri分別為初級回路電感和電阻；Si為初級回路放電開關，采用外觸發；C2為次級繞組電容；S2為脈沖形成線放電開關，為了便于調節自擊穿電壓采用氣體間隙開關，置于螺旋形成線內；R2、L2、C3為開關電阻、電感和電容；Ti為螺旋Blumlein線的內線，內筒接負載；T2為螺旋Blumlein線外線，外殼接地線；L4為內筒的接地電感，要求形成線充電時其感抗盡量小，而放電時感抗盡量大，筆者根據形成線充放電頻率和負載阻抗大小設計接地電感為6 xH；L3和C4為功率輸出結構的電感和電容；沁為負載阻抗。

　　根據功率源等效電路進行仿真計算，見，初始儲能電容充電70kV時，脈沖變壓器次級輸出電壓Ui達到705kV，而負載電壓達到652kV，脈沖前沿28ns，半局寬95ns.采用空心脈沖變壓器對該脈沖功率源進行了初步實驗調試，結果表明：初級電容充電50kV時，變壓器次級輸出電壓，即形成線的充電電壓峰值達到約400kV，在約8ft阻抗負載上輸出電壓UR峰值350kV、半高寬105ns、前沿30ns、電流峰值42.5kA，見。由于脈沖變壓器沒有磁芯造成螺旋中筒三維效果圖pictureofthemiddleconductorofthePFL耦合系數和勵磁電感降低，使得變壓器的升壓能力降低，而螺旋形成線的輸出脈寬與設計結果基本致，只是由于中筒和內筒的過渡段使得實際形成線電長度約增加5ns，導致調試中輸出脈寬增加了10ns. 4結語設計的緊湊型脈沖功率源主要由脈沖電容器、帶繞式脈沖變壓器和螺旋型Blumlein形成線構成，由于該脈沖功率源采用脈沖變壓器升壓，并由螺旋B線實現脈沖整形，整體結構比由MARX發生器和普通脈沖形成線構成的高功率脈沖源緊湊、體積小，整個裝置長度小于2.5m、直徑小于0.6m.具體介紹了脈沖變壓器和螺旋形成線的設計方法，理論估算該功率源充電70kV時可在10ft阻抗負載上輸出脈沖電壓峰值大于650kV、前沿小于30ns、半高寬約95ns.采用空芯脈沖變壓器對該功率源進行了初步調試，初級電容充電50kV時，變壓器次級輸出電壓峰值達到400kV，在約8ft阻抗負載上輸出電壓Ur峰值350kV、半高寬105ns、前沿30ns，由于脈沖變壓器沒有磁芯造成耦合系數和勵磁電感降低，使得變壓器的升壓能力降低，而螺旋形成線的輸出脈寬和前沿與設計結果基本一致，待磁芯加工完成后，將進行下一步的調試工作。