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高功率超宽带电磁脉冲技术是正在发展中的前沿性研究领域,已在目标识别、目标探测等民用领域得到广泛应用,在超宽带雷达、干扰等领域有着十分重要的应用潜能。尤其是作为进攻性设备的使用。因此,研制超宽带脉冲发生器具有十分重要的意义。
亚纳秒开关是形成超宽带电磁脉冲的核心部件。本论文探讨了亚纳秒气体开关放电过程的两个阶段。气体放电是研究带电粒子在电场中运动规律及应用的学科。气体放电机理理论探讨对认识不同条件和不同电极系统下的气体放电规律、充分利用气体介质的电特性、促进开发新型气体开关具有理论价值和实际意义。在众多参数相互影响的情况下,根据超宽带脉冲辐射源气体开关的实际工作状态,作了合理的近似和简化。
在探索气体放电现象的过程中,前人进行了大量的研究工作,但由于气体放电过程涉及影响因素比较多,因而还没有一个理想模型能够对放电过程进行精确描述。根据汤逊电子碰撞电离理论,电子崩是气体放电最基本的过程。本文在借鉴国内外气体放电理论和实验成果的同时以汤逊碰撞电离及流注理论为基础,构建了亚纳秒气体开关电子崩发展过程的数学模型和相应的计算机仿真方法。对介质(氮气)进行电子崩过程仿真。
通过仿真计算研究了气体(氮气)、气压及充电电压上升率dv/dt对间隙击穿特性的影响,得到和验证了一些规律。例如,放电时延td及击穿电压Ub随气压的增大而增大;充电电压上升率越高,放电时延td越小,而击穿电压Ub越大;亚纳秒气体开关应采用尽量高的气压和尽量陡的脉冲电压充电,以使得击穿间隙中达到尽可能高的过电压和高电场。
本文的研究工作不仅为亚纳秒开关气体放电理论探讨提供一种方法和手段,而且也为实验研究提供理论依据和参考。