本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種超快脈沖功率開關(guān)器件，包括半絕緣超快半導(dǎo)體材料、空氣隙、傳輸線和同軸端子依次連接構(gòu)成。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種自激勵(lì)皮秒量級(jí)功率脈沖發(fā)生器，由高壓直流電源與電阻、電容依次串聯(lián)構(gòu)成回路，高壓直流電源的負(fù)極接地；超快脈沖功率開關(guān)器件與負(fù)載通過同軸傳輸線串聯(lián)，該串聯(lián)支路與所述的電容并聯(lián)；超快脈沖功率開關(guān)器件的封裝外殼接地。本發(fā)明專利技術(shù)不需要任何激光器觸發(fā)，與現(xiàn)有技術(shù)相比整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便攜性好、成本低、抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電子設(shè)備
，涉及一種超快脈沖功率開關(guān)器件，還涉 及利用該超快脈沖功率開關(guān)器件制作的自激勵(lì)皮秒量級(jí)功率脈沖發(fā)生器。
技術(shù)介紹
超快功率脈沖發(fā)生器，特別是皮秒量級(jí)的功率脈沖發(fā)生器，是超高速電子學(xué)、超寬帶通信、THz診斷、超寬帶反隱形沖擊雷達(dá)和電磁武器等領(lǐng)域的 研發(fā)重點(diǎn)。目前的皮秒量級(jí)超短脈沖發(fā)生器的主流技術(shù)是光電技術(shù)，即用半 絕緣超快光電半導(dǎo)體材料(GaAs、 InP等)作為開關(guān)器件。光電半導(dǎo)體開關(guān) 器件在暗態(tài)時(shí)能承受很高的直流偏置電壓；當(dāng)受到激光脈沖照射后，由于內(nèi) 光電效應(yīng)產(chǎn)生大量的光生電子-空穴對(duì)參與導(dǎo)電，半導(dǎo)體電阻率迅速下降， 開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)光生載流子被電極吸收后，開關(guān)關(guān)斷。如果激光的脈寬小于100 皮秒，則在這一過程中，電路可產(chǎn)生功率大、上升沿陡峭且無晃動(dòng)的納秒， 甚至是亞納秒電脈沖，參見2004年6月(第53巻第6期)的《物理學(xué)報(bào)》 論文《用光電導(dǎo)開關(guān)產(chǎn)生穩(wěn)幅ps量級(jí)時(shí)間晃動(dòng)超快電脈沖的研究》(施衛(wèi)、 馬德明、趙衛(wèi)等)。為了適應(yīng)軍用、民用需求，超短脈沖發(fā)生器必須盡可能 小型化、低成本，工作可靠、抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)，顯然，現(xiàn)有的皮秒激光脈 沖發(fā)生器不能滿足這些需求，存在以下缺點(diǎn)皮秒量級(jí)的激光器配套電源和 散熱裝置的體積龐大，導(dǎo)致價(jià)格昂貴；皮秒激光器自身對(duì)工作環(huán)境要求很高 (如抗震動(dòng)性差、對(duì)濕度要求高)；激光必須對(duì)準(zhǔn)光電導(dǎo)開關(guān)的光窗或者用 光纖引導(dǎo)，所以必須保證光控通路的結(jié)合可靠性。這些缺點(diǎn)源自使用了皮秒激光器，所以要從根本上克服這些缺點(diǎn)，就必須放棄這種光電結(jié)構(gòu)。利用氣體放電技術(shù)也可產(chǎn)生亞納秒的脈沖，如用高壓氫氣放電管作為開關(guān)器件，參見2006年1月(第25巻第1期)的《電工電能新技術(shù)》論文《一種亞納秒高壓脈沖源的研制》(李軍浩、王晶、王頌等)，但是氣體開關(guān)器件 的通病是脈沖重復(fù)性差，關(guān)斷拖尾長(zhǎng)。利用脈沖整形技術(shù)也可產(chǎn)生亞納秒的脈沖，但是輸出電脈沖的峰值功率 很小，因此不適用于脈沖功率領(lǐng)域。如利用階躍恢復(fù)二極管和短路線用來產(chǎn)生脈沖，用FET管來進(jìn)行脈沖的放大和作為脈沖產(chǎn)生與脈沖整形兩部分電路 間的隔離，用肖特基二極管來減小脈沖的振鈴，參見2007年10月(第28 巻第10期)《兵工學(xué)報(bào)》論文《超寬帶皮秒級(jí)脈沖發(fā)生器》(紀(jì)建華、費(fèi)元 春、周建明等)知峰值功率僅0.1W;如利用雪崩二極管在雪崩狀態(tài)的導(dǎo)通 瞬間獲得陡峭上升沿，再經(jīng)階躍恢復(fù)二極管整形，參見2007年5月(第36 巻第5期)《光子學(xué)報(bào)》論文《高功率激光裝置中超快電脈沖發(fā)生器的研究》(行海、歐陽嫻、劉百玉等)知峰值功率僅10.6W。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種超快脈沖功率開關(guān)器件，克服了現(xiàn)有超快光電 半導(dǎo)體開關(guān)器件需要超快激光器觸發(fā)的缺點(diǎn)；克服了現(xiàn)有氣體開關(guān)器件輸出 脈沖重復(fù)性差，關(guān)斷拖尾長(zhǎng)的缺點(diǎn)。本專利技術(shù)的另一目的是提供一種自激勵(lì)皮秒量級(jí)功率脈沖發(fā)生器，克服了 現(xiàn)有光電電路需依賴皮秒激光器觸發(fā)、現(xiàn)有氣體放電電路脈沖重復(fù)性差和關(guān) 斷拖尾長(zhǎng)，以及現(xiàn)有脈沖整形電路峰值功率小的缺點(diǎn)。本專利技術(shù)所采用的一個(gè)技術(shù)方案是， 一種超快脈沖功率開關(guān)器件，包括封 裝外殼，在封裝外殼的一端開口安裝有陽極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的另一端開口安裝有陰極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的內(nèi)部有一半導(dǎo)體晶片，半 導(dǎo)體晶片上設(shè)置有兩個(gè)共面的歐姆接觸電極，每個(gè)歐姆接觸電極都通過導(dǎo)電 銀膠與各自對(duì)應(yīng)的微帶傳輸線連接，微帶傳輸線又與各自對(duì)應(yīng)的同軸端子連 接；在陰極側(cè)的微帶傳輸線上設(shè)置有空氣隙。兩個(gè)歐姆接觸電極之間距離與空氣隙之比應(yīng)大于10: 1。微帶傳輸線選用Al203雙層覆銅板制作。一種超快脈沖功率開關(guān)器件，包括封裝外殼，在封裝外殼的一端開口安 裝有陽極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的另一端開口安裝有陰極側(cè)的同軸端 子，在封裝外殼的內(nèi)部設(shè)置有一半導(dǎo)體晶塊，半導(dǎo)體晶塊正對(duì)陽極同軸端子 的端面上設(shè)置有一歐姆接觸電極，該歐姆接觸電極通過導(dǎo)電銀膠與同軸芯連 接，同軸芯與陽極側(cè)的同軸端子連接；半導(dǎo)體晶塊的正對(duì)陰極同軸端子的端面上也設(shè)置有一歐姆接觸電極，該歐姆接觸電極與陰極側(cè)的同軸芯留有一定的空氣隙，陰極側(cè)的同軸芯與陰極側(cè)的同軸端子連接；每個(gè)同軸芯與歐姆接 觸電極平面的正中心垂直對(duì)準(zhǔn)。兩個(gè)歐姆接觸電極之間距離與空氣隙之比應(yīng)大于10: 1。本專利技術(shù)所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是， 一種自激勵(lì)皮秒量級(jí)功率脈沖發(fā)生 器，包括高壓直流電源，高壓直流電源與電阻、電容依次串聯(lián)構(gòu)成回路，高 壓直流電源l的負(fù)極接地，其特征在于超快脈沖功率開關(guān)器件與負(fù)載通過 同軸傳輸線串聯(lián)，該串聯(lián)支路與所述的電容并聯(lián)；超快脈沖功率開關(guān)器件的 封裝外殼接地。本專利技術(shù)的脈沖發(fā)生器中所述的一種超快脈沖功率開關(guān)器件包括封裝外 殼，在封裝外殼的一端開口安裝有陽極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的另一端 開口安裝有陰極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的內(nèi)部有一半導(dǎo)體晶片，半導(dǎo)體晶片上設(shè)置有共面的陰、陽歐姆接觸電極，每個(gè)電極都通過導(dǎo)電銀膠與各自對(duì)應(yīng)的微帶傳輸線連接，微帶傳輸線與各自對(duì)應(yīng)的同軸端子連接；在陰極側(cè)的微帶傳輸線上刻蝕有空氣隙。本專利技術(shù)的脈沖發(fā)生器中所述的另一種超快脈沖功率開關(guān)器件包括封裝 外殼，在封裝外殼的一端開口安裝有陽極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的另一 端開口安裝有陰極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的內(nèi)部設(shè)置有一半導(dǎo)體晶塊， 半導(dǎo)體晶塊正對(duì)陰、陽極的端面上各設(shè)置有一歐姆接觸電極，陽極側(cè)的歐姆接觸電極通過導(dǎo)電銀膠與同軸芯連接，同軸芯與陽極側(cè)的同軸端子連接；半 導(dǎo)體晶塊的正對(duì)陰極的端面也安裝有一歐姆接觸電極，該歐姆接觸電極與陰 極側(cè)的同軸芯留有一定的空氣隙，陰極側(cè)的同軸芯與陰極側(cè)的同軸端子連 接；每個(gè)同軸芯與歐姆接觸電極平面的正中心垂直對(duì)準(zhǔn)。本專利技術(shù)的有益效果是，開關(guān)器件利用了氣體開關(guān)和光電半導(dǎo)體開關(guān)的優(yōu) 點(diǎn)，克服了其需超快激光器觸發(fā)而帶來的成本高、體積大、抗惡劣環(huán)境能力 差等一系列問題；脈沖發(fā)生器不需要任何激光器觸發(fā)，輸出的皮秒量級(jí)電脈 沖重復(fù)性好、峰值功率大、上升下降沿光滑，整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、 重量輕、造價(jià)低、抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)。 附圖說明圖1是現(xiàn)有的皮秒量級(jí)功率脈沖發(fā)生器的電路原理圖； 圖2是本專利技術(shù)的開關(guān)器件微帶傳輸橫向型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本專利技術(shù)的開關(guān)器件同軸傳輸縱向型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本專利技術(shù)的功率脈沖發(fā)生器實(shí)施例的電路原理圖； 圖5是本專利技術(shù)的功率脈沖發(fā)生器輸出單次脈沖與多次脈沖的波形比較 圖，其中a是單次脈沖波形圖，b是1250次脈沖的疊加波形圖。圖中，l.高壓直流電源，2.電阻，3.電容，4.光電半導(dǎo)體開關(guān)，5.皮秒激 光器，6.同軸傳輸線b， 7.負(fù)載，8.超快脈沖功率開關(guān)器件，9.封裝外殼，10. 同軸端子a， ll.同軸芯a， 12.歐姆接觸電極a， 13.半導(dǎo)體晶塊，14.半導(dǎo)體 晶片，15.微帶傳輸線a， 16.導(dǎo)電銀膠a， 20.同軸端子b， 21.同軸芯b， 22. 歐姆接觸電極b， 23.同軸傳輸線a， 25.微帶傳輸線b， 26.導(dǎo)電銀膠b。 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。 圖1所示是現(xiàn)有的皮秒量級(jí)功率脈沖發(fā)生器的電路原理圖。其電路結(jié)構(gòu) 中，高壓直流電源1與電阻2、電容3依次串聯(lián)構(gòu)成回路，高壓直流電源l 的負(fù)極接地；光電半導(dǎo)體開關(guān)4經(jīng)同軸傳輸線6和負(fù)載7串聯(lián)構(gòu)成本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超快脈沖功率開關(guān)器件，其特征在于：包括封裝外殼，在封裝外殼的一端開口安裝有陽極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的另一端開口安裝有陰極側(cè)的同軸端子，在封裝外殼的內(nèi)部有一半導(dǎo)體晶片，半導(dǎo)體晶片上設(shè)置有兩個(gè)共面的歐姆接觸電極，每個(gè)歐姆接觸電極都通過導(dǎo)電銀膠與各自對(duì)應(yīng)的微帶傳輸線連接，微帶傳輸線又與各自對(duì)應(yīng)的同軸端子連接；在陰極側(cè)的微帶傳輸線上設(shè)置有空氣隙。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：施衛(wèi)，王馨梅，侯磊，徐鳴，劉崢，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：87[中國(guó)|西安]
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