一種生物醫(yī)用皮秒級高壓脈沖發(fā)生器的研制.pdf

1、皮秒電場脈沖匹配沖擊脈沖輻射天線以其優(yōu)異的方向性和精細的操控性在生物醫(yī)學無創(chuàng)診斷和治療領域引起了研究人員極大的興趣，而現(xiàn)有皮秒脈沖發(fā)生器由于受到開關等元器件的限制，輸出皮秒脈沖幅值有限，不能產(chǎn)生高強度的皮秒脈沖電場，限制了其應用范圍。本文結合脈沖功率技術中亞納秒及皮秒脈沖產(chǎn)生的相關原理，通過對Marx發(fā)生器產(chǎn)生的納秒脈沖進行前沿陡化和尾部削切處理，得到一種高壓皮秒脈沖信號。測試結果表明：利用該方法研制的皮秒級高壓脈沖發(fā)生器可產(chǎn)生幅值31

2、.85kV、前沿250ps以內(nèi)、脈寬600ps的皮秒脈沖信號，并具有放電穩(wěn)定、重復性好等特點，可作為沖激脈沖輻射天線理想的信號源，為進一步實現(xiàn)基于靶向誘導的高強度皮秒脈沖無創(chuàng)治療奠定了基礎。
　　 本文首先介紹了皮秒級高壓脈沖發(fā)生器的工作原理，并對發(fā)生器的關鍵組成部分—Marx發(fā)生器、陡化開關的等效電路模型進行了數(shù)學分析。在此基礎之上，建立了發(fā)生器裝置理想?yún)?shù)下的等效電路模型，并對研制過程中的難點問題進行了分析討論。詳細闡述了發(fā)

3、生器裝置各主要組成部分的研制過程，Marx發(fā)生器結構緊湊、調(diào)節(jié)方便，可輸出幅值約20kV、脈沖前沿11ns的高壓納秒脈沖信號；陡化開關巧妙的利用元器件之間的雜散參數(shù)，既有效形成了陡化電容又減小了回路電感；尾切開關及同軸負載的設計在滿足功能的同時也最大程度上避免雜散電感的引入。發(fā)生器裝置的結構設計及工作過程均利用Pspice仿真軟件加以分析討論，從理論上驗證了方案的可行性。
　　 根據(jù)電容分壓器的測量原理，設計了一種滿足皮秒級高壓

4、脈沖信號測量要求的測量系統(tǒng)，并對同軸電容分壓器這一關鍵器件的研制過程作了詳細的介紹。分壓器設計巧妙合理，避免了接線電感，提高了測量系統(tǒng)的帶寬。利用本文研制的測量系統(tǒng)對Marx發(fā)生器開關分別在大氣壓下及充氣狀態(tài)下發(fā)生器裝置輸出的脈沖波形進行了測試，實現(xiàn)了其輸出皮秒脈沖信號幅值可調(diào)、脈寬可變的功能。實測結果與理論分析相互驗證，進一步證明了本文所研制的發(fā)生器裝置是符合設計要求、并滿足實際需要的。
　　 本文最后對超寬帶天線技術在生物醫(yī)