磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用
脉冲压缩技术
脉冲压缩技术在雷达信号处理中的应用一．脉冲压缩的产生背景及定义1.1 脉冲压缩的定义脉冲压缩即pulse compression，它是指发射宽编码脉冲并对回波进行处理以获得窄脉冲，因此脉冲压缩雷达既保持了窄脉冲的高距离分辨力，又能获得宽脉冲的强检测能力。
1.2脉冲压缩的主要手段目前的脉冲压缩的手段主要有线性调频、非线性调频与相位编码等。
1)线性调频是最简单的脉冲压缩信号，容易产生，而且其压缩脉冲形状和信噪比对多普勒频移不敏感，因而得到了广泛的应用，但是，在利用多普勒频率测量目标方位和距离的情况下很少使用；2)非线性调频非线性调频具有几个明显的优点，不需要对时间和频率加权，但是系统复杂。
为了达到所需的旁瓣电平，需要对每个幅度频谱分别进行调频设计，因而在实际中很少应用；3)相位编码相位编码波形不同于调频波形，它将宽脉冲分为许多短的子脉冲。
这些子脉冲宽度相等，其相位通过编码后被发射。
根据所选编码的类型，包括巴克码、伪随机序列编码以及多项制编码等。
1.3脉冲压缩的产生背景随着飞行技术的飞速发展，对雷达的作用距离、分辨能力、测量精度和单值性等性能指标提出越来越高的要求。
测距精度和距离分辨力对信号形式的要求是一致的，主要取决于信号的频率结构，为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的带宽。
而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时域结构，为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。
除此之外，为提高雷达系统的发现能力，要求信号具有大的能量。
由此可见，为了提高雷达系统的发现能力、测量精度和分辨能力，要求雷达信号具有大的时宽、带宽、能量乘积。
但是，在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制的情况下，大的信号能量只能靠加大信号的时宽来得到。
测距精度和距离分辨力同测速精度和速度分辨力以及作用距离之间存在着不可调和的矛盾。
于是在匹配滤波器理论指导下，人们提出了脉冲压缩的概念。
由于发射机效率的限制，雷达真正采用的脉压信号是由调频和相位编码产生的，其中以线性调频和二相编码信号的研究与应用最为广泛。
脉冲压缩技术的实际情况和问题
脉冲压缩技术的实际情况和问题脉冲压缩，作为一种能够同时实现远距离和高分辨率探测的雷达技术体制，通常采用调制发射脉冲和滤波接收回波达到这一目的。
本文首先考虑了脉冲压缩的一些实际情况和问题，然后对由于波形生成技术和自适应信号处理技术的进步带来的能力提升进行讨论。
该部分内容将分成3次发布完成，这是第一次，其他二次敬请期待。
脉冲压缩的实际问题脉冲压缩使用长脉冲，通常以峰值功率发射，而在频率或相位上进行调制。
这种调制脉冲或波形的设计一方面能够为接收机完成检测和分辨提供足够的回波信号功率，另一方面对目标运动和外界干扰等因素具有较强的鲁棒性。
波形参数的选择，如脉宽、带宽和调制方式需要考虑硬件决定的所有附加因素。
这里讨论的问题主要包括发射机的影响、电磁干扰(EMI)以及由于有限的脉冲长度(脉冲重叠)而产生的自掩蔽效应。
1发射机失真射频发射机既能放大雷达波形又能使雷达波形产生失真。
了解这种失真的本质，并在雷达接收机上加以纠正是很重要的。
发射机有多种类型，发射机的选择取决于雷达的应用、系统的体系结构和要使用的具体器件。
发射机放大产生的波形，波形的产生方法和发射机的设计共同决定了所发射波形的性能。
产生所选波形的最常见方法有：◎扫频本振(LO)，常用于产生线性调频信号；◎表面波(SAW)器件，常用于产生线性和非线性调频波形；◎数字任意波形发生器(AWGS)，以其巨大的灵活性而日益受到人们的青睐。
发射机的功率效率直接影响到雷达发射的能量，从而决定雷达的检测性能。
然而，最大的功率效率会导致发射机非线性。
波形生成方法和发射机的组合可以导致发射波形的两种失真形式：导致频谱整形的线性失真和线性失真。
2线性失真由单个发射器件的有限带宽引起，这些器件的通带不是平坦的，会产生振幅波动导致振幅失真。
此外，色散(在不同的频率在不同的速度通过系统传播)也会引入频率(或相位)失真。
一种尽量减少这些影响的方法预矫正，它通过补偿后续的线性失真，使发射波形达到所需的技术指标要求。
脉冲压缩原理
脉冲压缩原理脉冲压缩是一种通过特定技术将脉冲信号的带宽缩窄的方法，它在通信、雷达、医学成像等领域都有着重要的应用。
脉冲压缩技术的原理和方法对于信号处理和系统设计具有重要意义。
本文将对脉冲压缩的原理进行介绍，并探讨其在实际应用中的意义。
脉冲压缩的原理主要涉及到信号处理中的频域和时域转换。
在频域上，脉冲压缩通过信号的调制和解调实现信号带宽的缩窄，从而提高信号的分辨率。
在时域上，脉冲压缩利用了信号的相干叠加效应，将多个脉冲信号相互叠加，形成一个更长的脉冲，从而提高了信号的能量。
这两种效应相互结合，使得脉冲信号在传输和接收过程中能够更好地保持信号的完整性和稳定性。
脉冲压缩技术的核心在于匹配滤波器的设计和应用。
匹配滤波器是一种能够最大程度地提取出目标信号特征的滤波器，它能够在噪声干扰的情况下，准确地识别出目标信号。
通过匹配滤波器的设计和使用，脉冲压缩技术能够实现对信号的有效压缩和提取，从而实现了信号的高分辨率和高灵敏度。
脉冲压缩技术在雷达系统中有着广泛的应用。
传统的雷达系统往往受到脉冲宽度和脉冲重复频率的限制，导致分辨率和探测能力有限。
而脉冲压缩技术能够有效地突破这些限制，实现了雷达系统对目标的高分辨率探测和精确定位。
同时，脉冲压缩技术还能够提高雷达系统对低信噪比目标的探测能力，使得雷达系统在复杂环境下的性能得到了显著提升。
除了雷达系统，脉冲压缩技术在通信系统和医学成像领域也有着重要的应用。
在通信系统中，脉冲压缩技术能够实现抗多径干扰和频率选择性衰落的通信，提高了通信系统的抗干扰能力和传输效率。
在医学成像领域，脉冲压缩技术能够实现超声信号的高分辨率成像，为医学诊断和治疗提供了更加精准的信息。
综上所述，脉冲压缩技术通过信号处理中的频域和时域转换，利用匹配滤波器的设计和应用，实现了对信号带宽的压缩和特征的提取。
在雷达系统、通信系统和医学成像领域，脉冲压缩技术都发挥着重要的作用，为各种应用场景提供了高分辨率、高灵敏度的信号处理解决方案。
脉冲压缩技术研究
脉冲压缩技术研究脉冲压缩技术的核心思想是通过将脉冲信号与其中一种特定的序列进行卷积运算，从而实现脉冲的压缩。
常见的压缩序列包括线性调频信号（LFM信号）、随机相位码、多普勒码等。
其中，线性调频信号是应用最广泛的一种压缩序列，其特点是频率随时间线性变化。
在雷达应用中，脉冲压缩技术可以提高雷达的距离分辨率和目标探测性能。
传统雷达系统中，脉冲的带宽决定了雷达的距离分辨率，带宽越大，分辨能力越强。
然而，由于无线电频谱的有限性，传统雷达系统的带宽受到限制。
而通过脉冲压缩技术，可以实现对大带宽脉冲信号的压缩，从而提高雷达的距离分辨率。
在通信系统中，脉冲压缩技术可以提高抗多径干扰的能力。
多径干扰是指由于信号在传播过程中遇到多个不同的传播路径引起的信号多次反射和衍射，导致接收端收到的信号呈现多个不同的传播路径所产生的叠加。
脉冲压缩技术可以通过压缩信号的时延，使得反射回来的多个信号在接收端得以清晰分辨，从而提高多径干扰的抑制能力。
在激光应用中，脉冲压缩技术可以提高激光的脉冲功率和光谱纯度。
激光器输出的脉冲信号往往具有较大的带宽，而脉冲压缩技术可以通过压缩脉冲时域宽度，从而提高脉冲功率。
同时，由于激光器的输出脉冲信号往往是非单色的，脉冲压缩技术可以通过压缩脉冲频域宽度，从而提高光谱纯度，使得激光的频谱更加窄线。
研究脉冲压缩技术的关键问题包括脉冲压缩序列的选择、脉冲压缩算法的设计和实现等。
在脉冲压缩序列的选择上，需要考虑到序列的自相关性能、对多路径干扰的抑制能力以及对噪声的容忍度。
在脉冲压缩算法的设计和实现上，需要考虑到算法的实时性、计算复杂度以及硬件的限制。
总之，脉冲压缩技术是一种重要的信号处理技术，在雷达、通信、激光等领域具有广泛的应用和深远的影响。
通过研究脉冲压缩技术，可以提高系统的性能和能力，满足实际应用的需求。
新型无间隙纳秒级脉冲电源的优化设计
高电压技术第36卷第9期2010年9月30日High Voltage Engineerin g,Vol.36,No.9,S eptem ber30,2010新型无间隙纳秒级脉冲电源的优化设计胡胜1,李胜利1,李晋城2,张晗1(1.华中科技大学环境科学与工程学院,武汉430074;2.河南省电力公司济源供电公司,济源454650)摘要:基于磁压缩和SO S效应原理,设计了一种新型无间隙ns级脉冲电源。
通过Pspice电路仿真分析和试验研究,着重探讨了关键参数对输出电压的影响。
研究结果表明:电源在前级饱和变压器T V1匝数为1:20,磁压缩电感M S匝数为13,后级升压饱和变压器T V2匝数为2:10时能获得较高的输出电压峰值,负载为508时,脉冲电压峰值-51kV,脉宽120ns,峰值前沿60ns。
该电源将在放电等离子体处理环境污染中具有良好的应用前景。
关键词:磁压缩;SOS效应;ns级;脉冲电源;电路仿真;参数研究中图分类号:T M836文献标志码:A文章编号:1003-6520(2010)09-2309-07O ptimization Design of a Novel Nanosecond Pulse Power Without Gap SwitchH U Sheng1,LI Sheng-li1,LI Jin-cheng2,ZH ANG H an1(1.College o f Enviro nm ental Science and Engineering,H uazho ng U niversity ofScience and Technolog y,Wuhan430074,China;2.H enan Jiyuan Pow er Supply Co mpany,Jiy uan454650,China)Abstract:A no vel nanosecond pulse pow er based on the theor y of mag net ic pulse compressio n and SO S effect w as developed.T he effect of some key parameter s o n t he pulse po wer output character istics wer e discussed thro ug h Pspice simulation and laborato ry study.T he results show that a51kV neg ative pulse is for med w hich has a pulse width of120ns and steep rise time o f40ns at a lo ad of508,w hen the tur ns of M S is13,and t he w inding r atio o f T V1and T V2ar e1:20and2:10,respect ively.T he pow er will have a go od application fo reg ro und in env ir onmental treatment by dischar ge plasma.Key words:mag net ic pulse co mpression;SOS effect;nano second;pulse pow er;circuit simulation;parameter study0引言从20世纪80年代开始,非平衡脉冲放电等离子体技术在处理有机废气[1,2]、难降解有毒有机废水[3,4]、消毒灭菌[5,6]等环境治理方面得到了很大的发展。
脉冲压缩原理的应用背景
脉冲压缩原理的应用背景1. 引言脉冲压缩（pulse compression）技术是一种常用的信号处理方法，广泛应用于雷达、通信和超声波等领域。
该技术通过对长脉冲信号进行处理，实现长脉冲的能量集中，提高系统的分辨能力和抗干扰性能。
2. 脉冲压缩原理脉冲压缩利用了信号的形态变换特性，将传输信号和接收信号进行匹配，实现了信号能量的高度集中。
脉冲压缩的原理可以用以下几个步骤来描述：1.发送端发射长脉冲信号。
2.接收端接收返回的回波信号。
3.使用一个匹配滤波器对接收到的回波信号进行处理。
4.对处理后的信号进行解调和处理。
脉冲压缩原理的关键在于匹配滤波器的设计，匹配滤波器可以通过数学方法设计得到。
匹配滤波器的作用是将接收到的回波信号与发送信号进行匹配，实现信号能量的高度集中。
3. 脉冲压缩的应用脉冲压缩技术在雷达、通信和超声波等领域有着广泛的应用。
3.1 雷达雷达是脉冲压缩技术最早和最典型的应用领域之一。
脉冲压缩技术可以提高雷达的分辨能力和目标检测能力。
通过脉冲压缩，雷达可以将长脉冲信号转换为短脉冲信号，从而在时间上实现高分辨率。
3.2 通信脉冲压缩技术在通信领域也有着重要的应用。
例如，在无线通信中，脉冲压缩可以提高信号的抗多径衰落和抗干扰能力。
通过脉冲压缩，发送信号能够在接收端得到更高的信噪比，提高通信质量和可靠性。
3.3 超声波在医学超声波成像中，脉冲压缩技术也得到了广泛的应用。
脉冲压缩可以提高超声波系统的分辨率和图像质量，从而改善医学诊断的准确性。
通过脉冲压缩，超声波信号能够集中在时间和空间上，实现对微小结构的检测和显示。
4. 结论脉冲压缩技术是一种重要的信号处理方法，可在雷达、通信和超声波等领域发挥关键作用。
通过对长脉冲信号的处理，脉冲压缩技术能够实现信号能量的集中，提高系统的分辨能力和抗干扰性能。
在实际应用中，脉冲压缩技术不仅能够提高系统性能，还有着广泛的应用前景。
基于磁压缩技术的陡前沿脉冲电源的研制
基于磁压缩技术的陡前沿脉冲电源的研制作者：罗健王述仲来源：《科技视界》2018年第08期【摘要】高功率脉冲技术是当前国际上很活跃的前沿学科之一，被广泛应用于等离子体发生器、准分子激光器、激光武器等领域，该技术的关键之一是高压纳秒脉冲电源的研制。
本文基于磁脉冲压缩技术设计出了一种磁开关，基于此开关所研制的高压脉冲电源能够产生幅值6kV，上升沿约300ns的脉冲。
【关键词】脉冲功率技术；磁脉冲压缩；磁开关；脉冲陡化中图分类号： TM564；TN78 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）08-0008-003Development of a Steep Front Pulse Power Supply Based on Magnetic Compression Technology LUO Jian WANG Shu-zhong（CLP Power Engineering Co.，Ltd.，Beijing 102200，China）【Abstract】Pulsed Power Technology is one of the most popular and advanced directions in international science and technology at present， which is widely used in the fields of plasma generators， excimer laser， laser beam weapons，etc. One of the keys to this technology is the pulsed power supplies with nanosecond rise time.In this paper， a switch is designed according to the theory of magnetic pulse compression， pulse with the rise time of 300ns and the amplitude of 6kV is successfully generated by the switch.【Key words】Pulsed power technology； Magnetic pulse compression； Magnetic switch；Pulse sharpening0 引言高功率脉冲技术（High Pulsed Power Technology），实质是将脉冲能量在时间尺度上进行压缩，以获得在极短时间内的高峰值功率输出。
通信电子中的脉冲压缩技术
通信电子中的脉冲压缩技术近年来，随着科技的飞速发展，通信电子领域的技术也在不断更新换代。
其中，脉冲压缩技术是一项重要的技术，它可以在通信、雷达等领域中发挥着重要的作用。
本文将会从脉冲压缩技术的基本原理、应用领域以及未来发展趋势等几个方面来进行分析和探讨。
一、脉冲压缩技术的基本原理脉冲压缩技术，顾名思义，就是通过对一定频率下长脉冲信号的后期加工，使得波形的时间长度变短，而能量不变或者能量集中，从而达到提高信噪比，提高雷达分辨率的目的。
脉冲压缩技术的基本原理可参考一下公式：$$a(t)=\int_{0}^{T} s(\tau)h(t-\tau) d\tau$$式中，$s(\tau)$表示初始脉冲，$h(t-\tau)$为压缩滤波器。
通过对脉冲信号进行压缩处理，可以将时间长度短的脉冲信号集中，同时，可以降低噪声在信号处理中的影响，提高信号的检测能力。
脉冲压缩技术主要依赖于数字信号处理技术和滤波器的设计。
二、脉冲压缩技术在雷达中的应用在雷达领域中，脉冲压缩技术是一项不可或缺的技术。
在传统雷达中，脉冲宽度是较长的，这样便有可能遭受到雨、雪等天气的影响，同时也容易被敌方干扰。
因此，将脉冲信号压缩，使其达到时间短、能量密集的状态，可以有效提高雷达的性能，同时提高检测距离和目标分辨率，并且可以抵御恶劣天气的影响。
此外，在雷达导弹制导系统中，脉冲压缩技术也是重要的组成部分。
通过对发射的脉冲信号进行压缩处理，可以让导弹在飞行过程中跟踪和锁定目标，从而有效提高导弹的命中率和打击威力。
三、脉冲压缩技术在通信领域中的应用在通信领域中，脉冲压缩技术也有着重要的应用。
对于一些需要隐蔽传输的通信设备，为了保护信息的安全性，常常采用超短脉冲通信的方式，在这种情况下，对脉冲信号进行压缩，可以减小能量分散和信号的漏泄，从而避免目标的反向窃听和干扰。
此外，在通信信号处理中，脉冲压缩技术也可以避免码间串扰和同频干扰的情况，在信号抗干扰能力方面具有优势，同时有效提高了信噪比和信号的纯度。
多级磁脉冲压缩机的作用
多级磁脉冲压缩机的作用一、多级磁脉冲压缩机的定义和原理1.1 定义多级磁脉冲压缩机是一种能够将高能电流转化为高能脉冲电磁波的装置。
其通过多级磁脉冲压缩技术，将输入的电流进行多次压缩和放大，最终产生出具有较高能量和较短脉冲宽度的电磁波。
1.2 原理多级磁脉冲压缩机利用了磁脉冲压缩的原理。
首先通过控制多级磁场的强度和时间来对输入的电流进行压缩。
然后利用自感和互感的作用，将压缩后的电流再次放大。
最终通过输出阻抗网络和负载匹配，将高能脉冲电磁波输出。
二、多级磁脉冲压缩机的应用领域2.1 电磁辐射与高能物理研究多级磁脉冲压缩机在电磁辐射和高能物理研究领域中有着广泛的应用。
它可以产生高能脉冲电磁波，用于模拟极端环境下的电磁辐射情况，从而研究材料和电子器件在强电磁场下的性能和行为。
2.2 医疗诊断与治疗多级磁脉冲压缩机在医疗领域中也有重要的应用。
通过调节多级磁场的参数，可以产生出具有较高能量和较短脉冲宽度的电磁波。
这些电磁波可以用于医学成像和放疗，提高诊断和治疗的准确性和效果。
2.3 通信与雷达技术多级磁脉冲压缩机在通信和雷达技术领域中也有广泛的应用。
它可以用于通信系统中的高速数据传输和解调，提高通信的带宽和速率。
同时，多级磁脉冲压缩机也可以用于雷达系统中的信号发射和接收，提高雷达的探测距离和分辨率。
三、多级磁脉冲压缩机的优势和挑战3.1 优势多级磁脉冲压缩机具有以下几个优势： - 高能量输出：多级磁脉冲压缩机可以将输入电流进行多次压缩和放大，从而产生出具有较高能量的电磁波。
- 短脉冲宽度：通过多级磁脉冲压缩技术，可以将输入电流的脉冲宽度压缩到极短的时间范围内，从而提高电磁波的时间分辨率。
- 可调控性强：多级磁脉冲压缩机通过调节多级磁场的参数，可以实现对输出电磁波的能量和脉冲宽度进行精确控制。
3.2 挑战多级磁脉冲压缩机面临以下几个挑战： - 多级磁场的设计和控制：多级磁脉冲压缩机的性能很大程度上取决于多级磁场的设计和控制。
多级磁脉冲压缩机的作用
多级磁脉冲压缩机的作用一、引言多级磁脉冲压缩机是一种常见的高压气体压缩设备，其主要作用是将低压气体通过多级压缩提高其压力，以满足工业生产和科学研究等领域的需要。
本文将从多个方面介绍多级磁脉冲压缩机的作用。
二、基本原理多级磁脉冲压缩机利用电磁力将活塞驱动向前运动，从而实现气体的压缩。
具体来说，它由若干个相互连接的活塞组成，每个活塞都与一个电磁线圈相连。
当电流通过线圈时，线圈产生强大的磁场，使得活塞向前运动并将气体压缩。
三、作用1. 提高气体压力多级磁脉冲压缩机可以将低压气体通过多级压缩提高其压力。
这对于许多工业生产和科学实验都是必需的。
例如，在半导体制造过程中，需要使用高纯度气体进行化学反应，这些气体需要在非常高的纯度和特定的温度下进行。
多级磁脉冲压缩机可以提供所需的高压气体，以满足这些需求。
2. 提高气体流量除了提高气体压力外，多级磁脉冲压缩机还可以提高气体流量。
在某些情况下，需要将大量的气体输送到特定的地点。
多级磁脉冲压缩机可以通过增加活塞数量和调整活塞运动速度来实现更高的气体流量。
3. 稳定性好多级磁脉冲压缩机具有稳定性好的特点。
由于其工作原理是通过电磁力将活塞驱动向前运动，因此它不需要润滑油或其他润滑剂。
这使得其维护成本低，并且在使用过程中不会产生任何污染物。
4. 高效节能与传统的压缩机相比，多级磁脉冲压缩机具有更高的效率和更低的能耗。
这主要是由于其工作原理采用了电磁力而非传统的机械驱动方式。
此外，由于其无需润滑油或其他润滑剂，因此也减少了能源消耗。
5. 使用寿命长多级磁脉冲压缩机由于采用了电磁力驱动，因此其使用寿命相对较长。
此外，由于其无需润滑油或其他润滑剂，因此也减少了设备的损耗和维护成本。
四、应用领域多级磁脉冲压缩机广泛应用于工业生产和科学研究等领域。
例如，在半导体制造过程中，需要使用高纯度气体进行化学反应。
在这种情况下，多级磁脉冲压缩机可以提供所需的高压气体，并且不会产生任何污染物。
脉冲磁压缩复位
脉冲磁压缩复位
脉冲磁压缩复位是指在脉冲电源领域中，对作为“磁开关”的可饱和电感磁心进行复位的一种技术。
磁脉冲压缩技术最早由英国学者W.S.Melville提出，他从“电感饱和后阻抗迅速下降”这一现象中得到启示，指出可以利用可饱和电感制成控制能量流动方向的“磁开关”，利用它将脉宽较大的电流脉冲压缩成为具有窄脉宽、陡前沿特性且能量更加集中的脉冲，并将其应用于雷达系统。
在脉冲电源领域中，作为“磁开关”的可饱和电感磁心复位是一个重要问题。
复位方法通常包括单级复位和多级复位。
单级复位是指在单个脉冲周期内完成复位，而多级复位则是在多个脉冲周期内完成复位。
复位方法的选择取决于应用场景和设计要求。
选择合适的复位方法可以提高磁脉冲压缩电路的性能和可靠性。
磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用
①Cr( n - 1) 、LrSn 、Cm 三者振荡导致电容 Cm 充电 , 而它的放电又是电路 Cm 、LrS( n + 1) 、Cr( n + 1) 三者振荡 的结果 。
磁心复位电流大小对饱和电感工作的影响波形
如图 7 所示 。采用图 3a 所示的单级磁脉冲压缩电
路 ,复位绕组数为 20 匝 。
(a) 饱和电流波形
(b) 级电容电压波形
图 5 三级磁脉冲压缩电路仿真
仿真时 ,取压缩电路级电容 C1 = C2 = C3 = 5nF。 2. 4 关于饱和电感磁心复位问题
(6)
iLrs = US ( Cr/ 2L rs) 1/ 2sin (ωr1 t - t1)
(7)
振荡周期 Tr1为 :
Tr1 = 2π/ ωr1 = 2π(0. 5L rS Cr) 1/ 2
(8)
在 t2 时刻 , Cr1 上电压达到零 , Cr2 上电压达到 US ,令 S2 在 t2 时闭合 。由于 L rS µ L t2 ,Cr2通过 Lt2迅
δn
=
θn + θn
1
(9)
则 m 级电路总的电流压缩比δ为 :
m
δ= ∏δi i =1
(10)
三级磁脉冲压缩电路仿真波形如图 5 所示 。
(2) 利用电流源复位
原理是产生一个负向的磁场强度 Hres ,给磁心
复位 。复位电流 Ires的大小由下式确定 :
-
Ires =
大功率脉冲磁开关技术及大型高频窄脉冲非晶铁心的研制
2007.06 ·
101
技术与应用 ·TECHNOLOGY & APPLICATION
图 １ 电路原理图
很大的脉冲信号时，快速变化的电场感应出交变的磁场， 受这种磁场的影响，铁心表面的带材内部形成了饱和，从 外向内发展，逐步饱和，这就是所谓的“饱和波”理论， 但是涡流则阻止饱和波向内运动。磁开关的等效电路如图２ 所示，相当与非线性受控电压源和一个饱和电感（剩余电 感）串联。此时，磁开关的电压电流关系为
关键词：非晶软磁合金；磁开关；磁脉冲压缩；高重复频率；短脉冲
中图分类号：TM4
文献标识码：B
文章编号：1606-7517（2007）06-05-101
1前言
在高功率脉冲以及高功率微波等技术领域中，如何 通过能量压缩来提高功率密度是一项非常关键的技术。 在许多情况下，传输的高功率脉冲信号是有着非常高的 电压上升速率（达２００００Ｖ／ｎｓ），还要求高的重复频率、 极陡的脉冲前沿、尽可能窄的脉冲宽度，为此如何选取 和应用这样的高压开关就是人们最关心的问题。磁脉冲 压缩（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｕｌｓ Ｃｏｍｐｒｅｓｓ）就是近年来国内外非常 热衷的一个研究方向。现实中在雷达发射机及其他高能 物理调制器中，有许多类型的开关，真空管如：氢闸流 管、电子管等，固态开关有可控硅、ＩＧＢＴ等，但这些开 关大都因为耐压、功率容量、可靠性等问题的限制，难 以推广应用到高功率微波领域中，而磁脉冲压缩器中的 磁开关以它高可靠性、可以承受超高压、可以传输窄脉 冲以及自恢复时间短等优点，在高功率微波领域中得到 了良好的应用。
磁脉冲压缩技术最早是由英国学者Ｗ．Ｓ．Ｍｅｖｌｖｉｌｌｅ于 １９５２年提出的，最初应用于单脉冲雷达调制器。通过升
压和几级脉冲压缩之后，得到足够高的脉冲电压供高频 功率管工作。由于它体积小、机械强度高、可靠性好， 在弹载机载雷达发射机中得到了广泛的应用。早在抗美 援朝战争时期，美国Ｆ１０５型战机的火控雷达发射机就采 用了全磁调制器固态技术。本文以我公司为我国某高科 技项目所研制的高重频、短脉冲大型磁开关铁心为例，在 分析了磁开关的工作原理与工作状态基础上，给出了计算 磁开关铁心体积以及损耗的公式，以及为了实现２０００Ｈｚ高 重频以及４００ｎｓ短脉冲首次将一种进口非晶材料应用到磁开 关领域而采取的特殊的工艺技术。
磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用
磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用
戴育航;钱照明
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】1999(033)002
【摘要】结合实验与仿真结果,分析了单级、多级磁脉冲压缩电路的运行特点,讨论了作为"磁开关”的可饱和电感磁心复位问题.最后介绍了磁脉冲压缩技术在脉冲电源领域中的应用情况,给出了IGBT脉冲电源样机运行结果.
【总页数】4页(P54-57)
【作者】戴育航;钱照明
【作者单位】浙江大学,杭州 310027;浙江大学,杭州 310027
【正文语种】中文
【中图分类】TM4
【相关文献】
1.基于磁压缩技术的陡前沿脉冲电源的研制 [J], 罗健;王述仲
2.准分子激光器中磁脉冲压缩技术的研究 [J], 周卫东;余吟山
3.磁脉冲压缩开关在钛宝石激光器中的应用分析 [J], 赵南京;邓国庆;张玉亮
4.基于磁脉冲压缩技术的电除尘器供电电源 [J], 宋保明;吴为麟
5.ROGOWSKI线圈在磁脉冲压缩准分子激光器中的应用 [J], 张玉亮;耿辉;方晓东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
电磁脉冲压缩算法
电磁脉冲压缩算法1. 引言电磁脉冲（Electromagnetic Pulse，简称EMP）是一种强大的电磁辐射，它能够对电子设备和电力系统造成严重破坏。
为了应对EMP的威胁，研究人员提出了各种电磁脉冲压缩算法，用于减小脉冲的时域宽度，从而降低对设备的破坏性。
电磁脉冲压缩算法是一种数字信号处理技术，通过对脉冲信号进行数学处理，实现对脉冲宽度的压缩。
本文将介绍电磁脉冲压缩算法的原理、常见的算法方法以及应用领域。
2. 压缩算法原理电磁脉冲压缩算法的基本原理是利用信号的相关性来实现对脉冲宽度的压缩。
在传统的压缩算法中，常用的方法是通过线性滤波器实现脉冲的压缩。
线性滤波器可以通过卷积运算来实现，将输入信号与滤波器的冲激响应进行卷积，得到输出信号。
具体来说，对于一个宽度为T的输入脉冲信号x(t)，通过与一个冲激响应为h(t)的线性滤波器进行卷积运算，得到输出信号y(t)。
输出信号的宽度小于输入信号的宽度，实现了脉冲的压缩。
3. 常见的压缩算法方法3.1 匹配滤波器匹配滤波器是一种常见的电磁脉冲压缩算法，它通过选择合适的冲激响应来实现脉冲的压缩。
匹配滤波器的冲激响应与输入信号的自相关函数相等，因此可以最大化输出信号的峰值功率。
匹配滤波器的设计需要先获取输入信号的自相关函数，然后通过数学方法计算出冲激响应。
最后，将输入信号与冲激响应进行卷积运算，得到压缩后的输出信号。
3.2 哈达玛变换哈达玛变换是一种基于频域的压缩算法，它通过将输入信号转换到频域进行处理，实现对脉冲宽度的压缩。
哈达玛变换将输入信号分解为若干个频率分量，然后对每个分量进行压缩处理，最后再将分量合并得到输出信号。
哈达玛变换的优点是可以同时处理多个频率分量，适用于复杂的输入信号。
然而，它的计算复杂度较高，需要进行大量的乘法和加法运算。
3.3 小波变换小波变换是一种基于时频域的压缩算法，它将输入信号分解为不同尺度和频率的小波函数，然后对每个小波函数进行压缩处理，最后再将小波函数合并得到输出信号。
电磁脉冲压缩算法
电磁脉冲压缩算法电磁脉冲压缩算法（Electromagnetic Pulse Compression）是一种用于增强脉冲信号的技术。
它在雷达、通信、医学成像等领域有着广泛的应用。
电磁脉冲压缩算法通过改变脉冲信号的波形和频谱，将信号的能量集中在时间和频率上，从而实现对信号的增强。
在雷达系统中，这种算法可以提高雷达的分辨率和探测能力。
在通信系统中，它可以增加信号的传输距离和可靠性。
在医学成像领域，电磁脉冲压缩算法可以提高图像的清晰度和对细节的分辨。
电磁脉冲压缩算法的核心思想是利用脉冲压缩滤波器对脉冲信号进行处理。
脉冲压缩滤波器是一种特殊的滤波器，它可以将信号的频谱进行压缩，使得信号在时间和频率上变得更集中。
常用的脉冲压缩滤波器有线性调频脉冲压缩滤波器和非线性调频脉冲压缩滤波器。
线性调频脉冲压缩滤波器利用了脉冲信号的调频特性。
它通过将脉冲信号的频率随时间线性变化，然后与一个线性调频信号进行相关运算，从而实现脉冲信号的压缩。
非线性调频脉冲压缩滤波器则利用了脉冲信号的非线性调频特性，通过非线性调频信号和脉冲信号的相关运算，实现信号的压缩。
除了脉冲压缩滤波器，电磁脉冲压缩算法还可以利用其他技术进行信号的增强。
例如，自适应波束形成技术可以根据环境的变化自动调整波束的方向和形状，从而提高信号的接收效果。
同时，多通道接收和处理技术可以利用多个接收通道对信号进行并行处理，进一步提高信号的增强效果。
电磁脉冲压缩算法在实际应用中有着重要的意义。
它可以提高雷达系统的探测能力和目标分辨率，使其在军事、航空航天和气象等领域发挥更大的作用。
在通信系统中，电磁脉冲压缩算法可以提高信号的传输质量和距离，从而促进无线通信技术的发展。
在医学成像领域，电磁脉冲压缩算法可以提高图像的清晰度和对病变的检测能力，为医生提供更准确的诊断结果。
电磁脉冲压缩算法是一种用于增强脉冲信号的重要技术。
它通过改变信号的波形和频谱，将信号的能量集中在时间和频率上，从而实现对信号的增强。
脉冲压缩技术
脉冲压缩技术在雷达信号处理中的应用一．脉冲压缩的产生背景及定义1.1 脉冲压缩的定义脉冲压缩即pulse compression，它是指发射宽编码脉冲并对回波进行处理以获得窄脉冲，因此脉冲压缩雷达既保持了窄脉冲的高距离分辨力，又能获得宽脉冲的强检测能力。
1.2脉冲压缩的主要手段目前的脉冲压缩的手段主要有线性调频、非线性调频与相位编码等。
1)线性调频是最简单的脉冲压缩信号，容易产生，而且其压缩脉冲形状和信噪比对多普勒频移不敏感，因而得到了广泛的应用，但是，在利用多普勒频率测量目标方位和距离的情况下很少使用；2)非线性调频非线性调频具有几个明显的优点，不需要对时间和频率加权，但是系统复杂。
为了达到所需的旁瓣电平，需要对每个幅度频谱分别进行调频设计，因而在实际中很少应用；3)相位编码相位编码波形不同于调频波形，它将宽脉冲分为许多短的子脉冲。
这些子脉冲宽度相等，其相位通过编码后被发射。
根据所选编码的类型，包括巴克码、伪随机序列编码以及多项制编码等。
1.3脉冲压缩的产生背景随着飞行技术的飞速发展，对雷达的作用距离、分辨能力、测量精度和单值性等性能指标提出越来越高的要求。
测距精度和距离分辨力对信号形式的要求是一致的，主要取决于信号的频率结构，为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的带宽。
而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时域结构，为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。
除此之外，为提高雷达系统的发现能力，要求信号具有大的能量。
由此可见，为了提高雷达系统的发现能力、测量精度和分辨能力，要求雷达信号具有大的时宽、带宽、能量乘积。
但是，在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制的情况下，大的信号能量只能靠加大信号的时宽来得到。
测距精度和距离分辨力同测速精度和速度分辨力以及作用距离之间存在着不可调和的矛盾。
于是在匹配滤波器理论指导下，人们提出了脉冲压缩的概念。
由于发射机效率的限制，雷达真正采用的脉压信号是由调频和相位编码产生的，其中以线性调频和二相编码信号的研究与应用最为广泛。
脉冲压缩技术机理
脉冲压缩技术机理脉冲压缩技术，这听起来好像挺高大上的，但其实在我们的生活中也有着不少的应用呢！咱先来说说啥是脉冲压缩技术。
想象一下，你在操场上大声喊“喂”，这声音就像一个短而强烈的脉冲。
但如果这个声音能保持响亮的同时，还能持续很长时间，那就更能被远处的人听到，这就是脉冲压缩技术想要实现的效果。
简单说，就是把短而强的脉冲变得又长又强。
我给你举个例子吧，有一次我去参加一个科技展览，看到了一个关于雷达的展示。
那个讲解员就说到了脉冲压缩技术。
他说传统的雷达脉冲短，就像短跑选手，爆发力强但跑不远。
而有了脉冲压缩技术，雷达脉冲就像长跑选手，不仅有爆发力，还能持续发力，探测到更远更准确的目标。
当时我就在想，这可太神奇了！那脉冲压缩技术是咋实现的呢？这就得提到一些关键的方法啦，比如线性调频、相位编码等等。
线性调频就像是给声音加了个“滑音”，让频率从低到高或者从高到低变化，接收端处理的时候就能把短脉冲拉长。
相位编码呢，就好像给脉冲穿上了一件有特殊编码的“衣服”，接收端通过识别这件“衣服”来实现脉冲的压缩。
脉冲压缩技术的好处可多了去了。
比如说在雷达系统中，它能提高距离分辨率，让我们更清楚地分辨出不同距离的目标。
就像你在一堆水果中，能轻松分辨出哪个苹果离你近，哪个梨离你远。
而且它还能增强抗干扰能力，不会轻易被其他乱七八糟的信号干扰，就像你在嘈杂的市场里，依然能清晰地听到你朋友的声音。
在通信领域，脉冲压缩技术也大有用处。
它能增加信号的传输距离和可靠性，让你的信息像有了“导航”一样，准确无误地到达目的地。
再比如说医学上的超声成像，脉冲压缩技术能让图像更清晰，医生就能更准确地判断病情啦。
这就好比你原本看一幅画模模糊糊的，现在突然变得清晰无比，所有的细节都能看清楚。
总之，脉冲压缩技术就像是一个神奇的魔法，让短而强的脉冲变得更有用、更强大。
它在各个领域的应用，不断地推动着科技的发展，给我们的生活带来了更多的便利和惊喜。
回想那次在科技展览上的经历，我对脉冲压缩技术的好奇和惊叹至今还记忆犹新。
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磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用
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“磁开关”最早应用于雷达系统 。近来 ,由于激光 、加 速器的聚变激发器需要更可靠 、更高功率和脉冲重 复率的脉冲电源 ,磁脉冲压缩技术和“磁开关”再度 引起了高度重视 。非晶合金是制作“磁开关”的理想 材料 。美国桑地亚实验室用非晶铁心制造的脉冲压 缩系统用于同轴水下传送线 ,向负载输送前沿 60ns , 峰值功率 10GW 的脉冲 。劳伦斯奥利弗国家实验室 则将“磁开关”用于大功率感应加速器 。将该技术用 于高压脉冲电晕法治理工业有机废气 ,可以实现烟 气同时除尘 、脱 SO2 、NOX ,达到满意效果 。
2. 3 多级磁脉冲压缩电路 多级磁脉冲压缩电路及工作波形见图 4 。
图 4 多级磁脉冲压缩电路及工作波形
假设满足下列条件 : ①L rU1 µ L rU2 µ …µ L rU n µ … ②L rSn µ L rS( n + 1) ③L rU ( n + 1) µ L rSn ④Cr1 = Cr2 = …= Cm 设计使电感分别在其前级电容充电至最大时饱
速放电 。
从上面的分析中看到 :
①t0～ t1 时段 “, 磁开关”打开 ; t1～ t2 时段 “, 磁 开关”闭合 。在电感饱和前后 ,电流脉冲 ( iLt1 、iLrs)
(a) 单级磁脉冲压缩实验电路 (b) 实验电路波形 (50V/ 格 ,5A/ 格 ,1μS/ 格 ,f = 5kHz)
电流脉冲前沿 500ns ,脉冲压缩比为 1/ 3 图 3 单级磁脉冲压缩电路实验结果
叙词 :脉冲电源/ IGBT 磁脉冲压缩技术 Keywords :pulsed power supply ; IGBT; magnetic pulse compression
1 引 言
能量密度型脉冲电源要求输出电流脉冲具有窄 脉宽 、陡前沿特性 。传统方法是利用电容储能放电 , 采用机械式火花隙或无触点离子器件如汞闸流管作 为放电开关 。在脉冲放电过程中 ,开关必须承受相 当大的电流上升率 ,有时可达到 10000A/μs ,显然已 接近开关使用极限 。在这样的工作状况下 ,开关的 寿命必然大大降低 ,系统的可靠性较差 。
在 t1 时刻 ,Cr1上电压达到最大 US ,即
t1 - t0 = Tt1/ 2
(5)
使电感在 t1 饱和 ,由于 L t1 µ L rS ,Cr1通过饱和电
感迅速放电 ,放电电流波形 iLrs及 Cr1 、Cr2上电压波形
如图 2 所示 。
UCr1 = 0. 5 US[ 1 + cos (ωr1 t - t1) ]
从上面的分析中可以看出 ,通过控制电感两端 的伏秒积 ,就可以控制电感的饱和与否 。 2. 2 单级磁脉冲压缩电路
单级磁脉冲压缩电路主要由级电容 Cr1 、Cr2以及 可饱和电感 Lr 组成 。电流源 Ir 的作用是给饱和电 感磁心提供偏置 。其余附加电路的作用是 :储能电 容 Ct1作为初始能源在 S1 闭合后通过振荡电感 Lt1给 电容 Cr1充电 。Ct2 、Lt2 、S2 为电容 Cr2提供放电回路 , 可以看作是磁脉冲压缩电路的负载 。假设下列条件 成立 (其中 L rU 、L rS分别是 L r 未饱和及饱和时的电 感值) : ①Ct1 = Cr1 = Cr2 = Ct2 = Cr ; ②L rU µ L t1 µ L rS ;
(a) 利用电压源 (b) 利用电流源 图 6 饱和电感磁心复位
图 8 考虑回路电阻时的磁脉冲压缩电路
3 在脉冲电源领域中的应用
磁脉冲压缩技术有着广阔的发展和应用前景 。
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电感量会发生突变 。正因为如此 ,我们形象地称之
为“磁开关”。
根据电感的伏秒积平衡方程式 :
∫ud t = NAΔB
(1)
图 1 磁性材料 B2H 曲线
电感两端承受的电压对时间的积分始终和绕组 匝数 N 、磁心截面积 A 、磁密变化量 ΔB 三者的乘积 保持相等 。所以 ,电感饱和的实质是 :电感承受的伏 秒积增大到一定值 ,磁通密度不断增加 ,磁心工作点 进入 B2H 曲线 (图 1) 的 P2Q 段 。
- Ures Tron = - N r A r B S
(11)
图 7 磁心复位电流对饱和电感工作的影响
由此得出结论 : ①可以通过可饱和电感附加绕 组和电流源对磁心复位 ,使饱和电感稳定工作 ; ②通 过调节 Ir 的大小 ,可以改变饱和电感的饱和时间和 饱和电流的幅值 。 2. 5 考虑回路电阻时磁脉冲压缩电路的情况
假设可饱和电感磁心在饱和前后磁通密度变化
范围为 ΔB = 0～ B s ,这样 ,在电感每次饱和后 ,必须 将磁心的磁通量重新设置为零 ,才能保证电路中的
脉冲动作经常处于稳定状态 。图 6 所示为利用电压
源和电流源的饱和电感磁心复位 。
(1) 利用电压源复位
其原理是 Sres在电感每次饱和后导通 ,通过复位 绕组 Lres给可饱和电感施加负向伏秒积 ,使磁通量 置零 。令 Tron为复位开关 Sres的闭合时间 ,则
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《电力电子技术》1999 年第 2 期 1999. 4
②当某一级磁脉冲压缩电路工作时 ,其余磁脉
冲压缩电路中的电容电压均为零 ,电感均退饱和 。
③设第 n 级磁脉冲压缩电路电流 ( irs n) 脉宽为 θn ,则电流压缩比 δn 为 :
磁脉冲压缩技术最早由英国学者 W. S. Melville 提出 。他从“电感饱和后阻抗迅速下降”这一现象中 得到启示 ,指出可以利用可饱和电感制成控制能量 流动方向的“磁开关”,利用它将脉宽较大的电流脉 冲压缩成为具有窄脉宽 、陡前沿特性且能量更加集 中的脉冲 ,并将其应用于雷达系统 。
近年来 ,以钴基非晶合金 、铁基超微晶为代表的 新一代高频软磁材料纷纷涌现 。这类磁心的 B2H 曲线矩形度更高 、磁滞回线包含面积更小 、饱和磁密 更大[4] ,它们具有优良的高频特性 ,再加上新型大功 率固态半导体器件的不断涌现 ,均为“磁开关”在工 业 、军事等领域的广泛应用提供了良好条件 。
Tt1 = 2π(0. 5L t1 Cr) 1/ 2
(4)
又因为 L rU µ L t1 ,故 LrU相对于 Ct1 、Lt1 、Cr1 振荡 回路的振荡电压 ,有很大的阻抗 。因此 Cr2上的电压 几乎不变 ,维持在零 ,Lr 中电流也近似为零 。Lr 两 端承受的电压近似等于 Cr1上的电压并满足伏秒积 平衡方程式 (1) 。
②电流脉冲压缩比 δ1 = ( t2 - t1) / ( t1 - t0) 和电 流脉冲幅值增长比 ILrs/ ILt1互为倒数 。
图 2 单级磁脉冲压缩电路及工作波形
在时刻 t0 前 ,开关 S1 打开 ,电容 Ct1上维持初始
电压 US 不变 ,Lr 处于退饱和状态 。t0 时刻 S1 闭合 ,
Ct1 、Lt1 、Cr1振荡 。Cr1上电压 UCr1不断增大 。
UCr1 = 0. 5 US[ 1 - cos (ωt t - t0) ]
(2)
iLt1 = US ( Cr/ 2L t1) 1/ 2sin (ωt t - t0)
(3)
式中 iLt1 ———电感 Lt1n
=
θn + θn
1
(9)
则 m 级电路总的电流压缩比δ为 :
m
δ= ∏δi i =1
(10)
三级磁脉冲压缩电路仿真波形如图 5 所示 。
(2) 利用电流源复位
原理是产生一个负向的磁场强度 Hres ,给磁心
复位 。复位电流 Ires的大小由下式确定 :
-
Ires =
Hres L e Nr
(12)
Ξ 本课题受浙江省自然科学基金资助 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
③L rS µ L t2 。
磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用
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以及压缩电路级电容上电压脉冲 ( UCr1 、UCr2) 的上升 沿得到压缩 。
(6)
iLrs = US ( Cr/ 2L rs) 1/ 2sin (ωr1 t - t1)
(7)
振荡周期 Tr1为 :
Tr1 = 2π/ ωr1 = 2π(0. 5L rS Cr) 1/ 2
(8)
在 t2 时刻 , Cr1 上电压达到零 , Cr2 上电压达到 US ,令 S2 在 t2 时闭合 。由于 L rS µ L t2 ,Cr2通过 Lt2迅
和 ,当某一级电感饱和时 , 其它电感均退饱和 。这 样在一个工作周期内 ,级电容 Cr1 、Cr2 、…、Cm 均分别 经历充电 、放电过程 ,能量也一级一级由 Cr1传递至 负载 。概括如下 :
①Cr( n - 1) 、LrSn 、Cm 三者振荡导致电容 Cm 充电 , 而它的放电又是电路 Cm 、LrS( n + 1) 、Cr( n + 1) 三者振荡 的结果 。
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《电力电子技术》1999 年第 2 期 1999. 4
磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用 Ξ
Magnetic Pulse Compression Technology and Its Application in Pulsed Power Supply 浙江大学 戴育航 钱照明 (杭州 310027)
磁心复位电流大小对饱和电感工作的影响波形
如图 7 所示 。采用图 3a 所示的单级磁脉冲压缩电