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(xì)的操控性在生物醫(yī)學(xué)無創(chuàng)診斷和治療領(lǐng)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(guān)等元器件的限制，輸出皮秒脈沖幅值有限，不能產(chǎn)生高強(qiáng)度的皮秒脈沖電場，限制了其應(yīng)用范圍。本文結(jié)合脈沖功率技術(shù)中亞納秒及皮秒脈沖產(chǎn)生的相關(guān)原理，通過對Marx發(fā)生器產(chǎn)生的納秒脈沖進(jìn)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(jié)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(fù)性好等特點，可作為沖激脈沖輻射天線理想的信號源，為進(jìn)一步實現(xiàn)基于靶向誘導(dǎo)的高強(qiáng)度皮秒脈沖無創(chuàng)治療奠定了基礎(chǔ)。
　　 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(guān)鍵組成部分—Marx發(fā)生器、陡化開關(guān)的等效電路模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。在此基礎(chǔ)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(jìn)行了分析討論。詳細(xì)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(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)及同軸負(fù)載的設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(guān)鍵器件的研制過程作了詳細(xì)的介紹。分壓器設(shè)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(guān)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(jìn)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(jié)果與理論分析相互驗證，進(jìn)一步證明了本文所研制的發(fā)生器裝置是符合設(shè)計要求、并滿足實際需要的。
　　 本文最后對超寬帶天線技術(shù)在生物醫(yī)