一种生物医用皮秒级高压脉冲发生器的研制.pdf

文档介绍：一种生物医用皮秒级高压脉冲发生器的研制






重庆大学硕士学位论文




学生姓名：赵东阳
指导教师：姚陈果 教授
专 业：电气工程
学科门类：工 学



重庆大学电气工程学院
二〇一〇年五月
Research and Development of a High-voltage
Picosecond Pulse Generator for Biological
Applications




A Thesis Submitted to Chongqing University
in Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Zhao Dongyang


Supervised by Prof. Yao Chenguo
Major: Electrical Engineering


College of Electrical Engineering, Chongqing
University, Chongqing, China
May. 2010
摘 要

皮秒电场脉冲匹配冲击脉冲辐射天线以其优异的方向性和精细的操控性在生
物医学无创诊断和治疗领域引起了研究人员极大的兴趣，而现有皮秒脉冲发生器
由于受到开关等元器件的限制，输出皮秒脉冲幅值有限，不能产生高强度的皮秒
脉冲电场，限制了其应用范围。本文结合脉冲功率技术中亚纳秒及皮秒脉冲产生
的相关原理，通过对 Marx 发生器产生的纳秒脉冲进行前沿陡化和尾部削切处理，
得到一种高压皮秒脉冲信号。测试结果表明：利用该方法研制的皮秒级高压脉冲
发生器可产生幅值 、前沿 250ps 以内、脉宽 600ps 的皮秒脉冲信号，并具
有放电稳定、重复性好等特点，可作为冲激脉冲辐射天线理想的信号源，为进一
步实现基于靶向诱导的高强度皮秒脉冲无创治疗奠定了基础。
本文首先介绍了皮秒级高压脉冲发生器的工作原理，并对发生器的关键组成
部分—Marx 发生器、陡化开关的等效电路模型进行了数学分析。在此基础之上，
建立了发生器装置理想参数下的等效电路模型，并对研制过程中的难点问题进行
了分析讨论。详细阐述了发生器装置各主要组成部分的研制过程， Marx 发生器结
构紧凑、调节方便，可输出幅值约 20kV、脉冲前沿 11ns 的高压纳秒脉冲信号；陡
化开关巧妙的利用元器件之间的杂散参数，既有效形成了陡化电容又减小了回路
电感；尾切开关及同轴负载的设计在满足功能的同时也最大程度上避免杂散电感
的引入。发生器装