!第"#卷!第$期强激光与粒子束%&’("#，)&($!!$**+年$月,-.,/0123456235)7/538-942:25;6<=>(，$**+!文章编号：!"**"?@A$$（$**+）*$?*AA#?*@平板!"#$"%&’线多通道轨道开关!欧阳佳，!刘永贵，!刘金亮，!冯加怀（国防科学技术大学光电科学与工程学院，长沙@"**+A）!!摘!要：!设计制作了一个有多通道连接的类似轨道的平行电极结构的开关，给出了开关的结构，对开关内的电场分布做出分析，利用/BCDE=软件对安装在实验装置中的开关的电压电流进行了计算。实验测得此开关在实验系统中耐压约为F**G%，导通时通过阻值为"G!的水电阻负载的电流为@**5左右。实验所得电压电流波形与模拟结果基本吻合。实验证明此开关具有体积小、更适于平板传输线的结构等优点。!!关键词：!轨道开关；!多通道；!平板:’HI’=DJ线；!脉冲高电压!!中图分类号：!8;KA!!!!文献标识码：!5!!高功率开关是脉冲功率装置的关键性元件之一，它的性能直接影响整个装置的性能。目前人们使用的开关多是用于同轴:’HI’=DJ线的［"］，随着脉冲功率技术的发展，采用固体介质的平板:’HI’=DJ线有较大的紧凑化发展空间，而国内对适用于平板传输线结构的开关研究刚刚开展［$?A］。所以研制一种紧凑的、适于传输平板电流的开关是一个重要的研究方向。本文设计了一种用于平板:’HI’=DJ线的多通道轨道开关，并通过电路模拟和实验研究分析了该开关的特点，为今后的应用提供理论基础。()开关的结构设计!!理论上，要使平板电流较好的传输，最好是让开关电极沿整个铜板截面导入和导出电流，为了尽量逼近这种情况，从工程设计上考虑，我们采用多通道连接的方式设计了如图"所示的开关，其直径仅为"L*II，完全可以与平板:’HI’=DJ线紧凑地安装在一起。<DM("!6NOHENHO=&PBQDNER图"!开关结构示意图!!其中电极是一对铜棒，在开关内部固定为类似轨道的结构，间距为FII，每个电极由L根连接杆与铜板连接，可以有效地传输平板电流和减小电感。用现有的电磁模拟软件对开关导通时的电场分布进行了模拟，其结果由图$所示。可以看出开关内部电场分布较均匀，只有铜棒两端电场稍强，并可看出开关在FJB时已导通比较稳定。根据气体放电相关理论［@?L］，可以得出开关在充和混合气体的理论耐压值!!6<L)$*#$**##K$$%&（*#**"A$$L!）（）!IDS"AF#"!$%"式中：为混合气中的体积分数；为电极间距，单位；为充气压力，单位。由公式（）可以得!6<L$EI%"**G/T"到如图所示结果，即开关内充约的，混合气体（，混合比例为）时，可以完全满足耐A*(A;/T6<L)$6<L)$"U@压L**G%的要求。!收稿日期：$**L?*L?*K；!!修订日期：$**L?*K?$F基金项目：国家KLA计划项目资助课题作者简介：欧阳佳（"#+#—），博士研究生，从事脉冲功率技术方面的研究；TGT=OMH’DVJHWN(=WH(EJ。书E?8强激光与粒子束第@G卷!"#$%&’()*+,"*-")(./-+0)"11),23"+*0!"#$8&9)(4+"/1/-6,)47./31:/(+4#)4+5124-+),23"+*06,)47./313"+0#42;,)22<,)41.=!>*/1+)1+图%&开关导通512后的电场分布图击穿电压和充气压力及含量的关系8&=!>!"开关的电路模拟&&根据实验需要，我们用模拟软件对开关安装在实验装置中的情形进行了电路模拟，实验装置如图?所示。其中，为充电电容，是变压器，是变压器中的等效电阻，和为开关等效电感和电容，和是开关!@A"#2!2!2@!2%的接地电容。模块为自己设计的理想开关元件，它有两个比较重要的参数：开关导通电压和导通时23"+*0$6间。考虑到开关导通后高电压大电流直接通过负载对地放电，且开关老化需做多次实验，为了安全着想，选%*择@7!的水电阻作负载。!"#$?&’B;),"C)1+4(*",*<"+."4#,4C图?&实验装置电路等效图图所示电压电流波形由以下参数设置得到：充电，为，为，电压电流测量位置&&5!@%57D$655E7D%*%512由图给出。而如将设为，则得到类似图所示波形。所以可以认为若在充电时得到图?$65?E7D>!@%57D5所示波形（即开关并未导通，电压振荡周期为@F$5"2，电流波形是由开关电感和电容及接地电容耦合所得），则开关耐压55E7D。!"#$5&D/(+4#)41.*<,,)1